采摘是農(nóng)業(yè)果蔬生產(chǎn)過程中最為費時費力的環(huán)節(jié),勞動力的短缺和人工成本的增加使得果蔬生產(chǎn)的成本不斷增長。采摘機器人的出現(xiàn)提高了果蔬的生產(chǎn)效率,這不僅具有現(xiàn)實意義,也是農(nóng)業(yè)智能化、無人化的必然趨勢。本文以番茄為采摘對象,利用機器人技術(shù)、計算機視覺、圖像處理等技術(shù),設(shè)計了一臺番茄采摘原型機器人。主要研究內(nèi)容與方法如下:（1）根據(jù)番茄采摘機器人的作業(yè)特點及要求,對采摘機器人做了整體設(shè)計,并對移動平臺、機械臂、立體視覺方案和控制器做了選型。（2）采用D-H建模法對采摘機器人的機械臂進行正運動學分析,并用代數(shù)法求得逆運動學的解,從而得到每個關(guān)節(jié)需要轉(zhuǎn)動的角度;為了使機械臂能夠平穩(wěn)地運行,在關(guān)節(jié)空間進行了軌跡規(guī)劃,并將直線拋物線混合軌跡規(guī)劃與五次多項式軌跡規(guī)劃方法進行了對比。（3）對常見的圖像去噪方法進行了對比,根據(jù)結(jié)果選擇了中值濾波;對RGB顏色空間下的番茄圖像做了顏色分析,針對分析結(jié)果,設(shè)計了一種基于色差算子的OTSU分割算法,經(jīng)過形態(tài)學處理后得到了番茄的二值圖像,再通過邊緣檢測與質(zhì)心提取便可成功識別出單個果實;對于重疊果實,先用基于色差算子的OTSU法與形態(tài)學分割出番茄區(qū)域,利用canny算子對... 

【文章來源】：青島理工大學山東省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1日本的番茄采摘機器人Fig1.1Japanesetomatopickingrobot

青島理工大學工程碩士學位論文31995年，日本岡山大學的學者們針對棚架式的果園，設(shè)計出了葡萄采摘機器人[10]，如圖1.2所示，其機械手臂是五個自由度的極坐標型機械手，其中四個為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一個為平移關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的速度可調(diào)。為了提高使用的效率，該采摘機器人配有多個末端執(zhí)行器，通過更換末端執(zhí)行器可以賦予機器人修剪枝葉、噴灑藥物等多種不同的功能[11,12]。圖1.2日本的葡萄采摘機器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷蘭農(nóng)業(yè)工程研究所研發(fā)出一款可采摘黃瓜的采摘機器人，如圖1.3，該機器人利用近紅外傳感系統(tǒng)來識別成熟的黃瓜并檢測它們的位置，選用具有七個自由度的三菱RV-E2機械手，執(zhí)行末端由手抓和切割器組成。該機器人對黃瓜識別的成功率較高，可達95%，采摘成功率約為80%，采摘一根黃瓜的時間約為54s[13]。圖1.3荷蘭的黃瓜采摘機器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot

青島理工大學工程碩士學位論文31995年，日本岡山大學的學者們針對棚架式的果園，設(shè)計出了葡萄采摘機器人[10]，如圖1.2所示，其機械手臂是五個自由度的極坐標型機械手，其中四個為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，另一個為平移關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的速度可調(diào)。為了提高使用的效率，該采摘機器人配有多個末端執(zhí)行器，通過更換末端執(zhí)行器可以賦予機器人修剪枝葉、噴灑藥物等多種不同的功能[11,12]。圖1.2日本的葡萄采摘機器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷蘭農(nóng)業(yè)工程研究所研發(fā)出一款可采摘黃瓜的采摘機器人，如圖1.3，該機器人利用近紅外傳感系統(tǒng)來識別成熟的黃瓜并檢測它們的位置，選用具有七個自由度的三菱RV-E2機械手，執(zhí)行末端由手抓和切割器組成。該機器人對黃瓜識別的成功率較高，可達95%，采摘成功率約為80%，采摘一根黃瓜的時間約為54s[13]。圖1.3荷蘭的黃瓜采摘機器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot

【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國柑橘十二五生產(chǎn)現(xiàn)狀和十三五生產(chǎn)發(fā)展趨勢及對策[J]. 沈兆敏.  科學種養(yǎng). 2016(12)
[2]基于Levenberg-Marquarat算法的非線性三維直角坐標轉(zhuǎn)換方法[J]. 聞洪峰,和會.  大地測量與地球動力學. 2016(08)
[3]新型蘋果采摘機器人的設(shè)計與試驗[J]. 伍錫如,黃國明,劉金霞,徐波.  科學技術(shù)與工程. 2016(09)
[4]中國農(nóng)業(yè)機器人發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 林歡,許林云.  浙江農(nóng)業(yè)學報. 2015(05)
[5]蘋果采摘機器人快速跟蹤識別重疊果實[J]. 趙德安,沈甜,陳玉,賈偉寬.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2015(02)
[6]農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 姬江濤,鄭治華,杜蒙蒙,賀智濤,杜新武,崔麗慧,劉慶,何亞凱.  農(nóng)機化研究. 2014(02)
[7]改進類圓隨機Hough變換及其在油茶果實遮擋識別中的應(yīng)用[J]. 李昕,李立君,高自成,易春峰,李慶春.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2013(01)
[8]基于遺傳BP算法的溫室無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法[J]. 王俊,劉剛.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2012(21)
[9]一種適用于圖像測量的角點檢測算法[J]. 孫秋成,譚慶昌,侯躍謙,唐武生,周亞洲.  北京工業(yè)大學學報. 2012(10)
[10]智能移動水果采摘機器人設(shè)計與試驗[J]. 顧寶興,姬長英,王海青,田光兆,張高陽,王玲.  農(nóng)業(yè)機械學報. 2012(06)

博士論文
[1]番茄采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王麗麗.北京工業(yè)大學 2017
[2]開放環(huán)境中番茄的雙目立體視覺識別與定位[D]. 項榮.浙江大學 2013

碩士論文
[1]自然環(huán)境下柑橘采摘機器人的目標識別與定位方法研究[D]. 胡友呈.重慶理工大學 2018
[2]基于慣性測量單元與視覺融合的三維空間定位技術(shù)研究[D]. 李飛.中國地質(zhì)大學(北京) 2017
[3]番茄采摘機器人視覺系統(tǒng)的研究[D]. 蔣正帥.中國計量學院 2014
[4]車牌字符識別技術(shù)的研究[D]. 王浩.重慶大學 2010
[5]采摘機械手障礙信息探測及避障技術(shù)研究[D]. 張向珂.江蘇大學 2010



本文編號：3417556