采摘機(jī)器人作為一種典型的智能農(nóng)業(yè)裝備,不僅集成了機(jī)器人、傳感和控制等先進(jìn)技術(shù),而且需要適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)場景,因此其開發(fā)和研制具有很高的技術(shù)難度。目前制約采摘機(jī)器人性能提升的技術(shù)瓶頸主要集中在目標(biāo)識(shí)別、定位與控制等難題。本文以西紅柿采摘機(jī)器人為研究對(duì)象,圍繞西紅柿采摘機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別、定位與控制技術(shù)展開研究,涉及西紅柿采摘機(jī)器人的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)以及視覺伺服等方面的理論研究、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證,論文的主要研究內(nèi)容和取得的結(jié)論包括:（1）針對(duì)西紅柿溫室的環(huán)境特點(diǎn)和采摘作業(yè)的任務(wù)需求,設(shè)計(jì)和開發(fā)了西紅柿采摘機(jī)器人軟硬件系統(tǒng)。分別設(shè)計(jì)了西紅柿采摘機(jī)器人雙機(jī)械臂結(jié)構(gòu)、剪切式和氣吸式兩種采摘手抓以及采摘機(jī)器人的移動(dòng)底盤;針對(duì)西紅柿采摘機(jī)器人各子系統(tǒng)對(duì)控制性能的需求不同,分別研發(fā)了基于EtherCAT總線的西紅柿采摘機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和基于Arduino的控制系統(tǒng)。西紅柿采摘機(jī)器人的軟件系統(tǒng)采用基于ROS的邏輯分層和功能模塊化設(shè)計(jì)方案,編寫了面向硬件的驅(qū)動(dòng)層程序和面向功能模塊的應(yīng)用層程序。（2）針對(duì)在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下,西紅柿采摘機(jī)器人環(huán)境感知易受光線變化等因素的影響,提出了一種基于特征... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

農(nóng)業(yè)智能裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)高地Fig.1-1.Intelligentizationagriculturalequipmentisthehightechnologyplaceofmodernagriculture

[34]。機(jī)器人系統(tǒng)和雙目立體視覺構(gòu)成如圖1-3所示，兩個(gè)CCD相機(jī)平行安裝在一個(gè)滑桿的兩端，兩個(gè)相機(jī)的平行間距為200mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該雙目視覺系統(tǒng)能夠成功識(shí)別樹上89.5%的成熟蘋果，同時(shí)在距離雙目視覺系統(tǒng)400mm至1500mm內(nèi)，目標(biāo)蘋果的深度測量誤差小于20mm。雖然雙目立體視覺傳感器具有以上這些優(yōu)勢，但是也同時(shí)具有系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，傳感器價(jià)格較高等缺點(diǎn)。另外，由于雙目立體視覺在求取圖像深度信息之前，需要對(duì)兩個(gè)相機(jī)所采集的圖形進(jìn)行圖像匹配，而匹配算法耗時(shí)較長會(huì)降低機(jī)器人識(shí)別目標(biāo)果實(shí)的速度[35]。1.3.1.3 激光主動(dòng)視覺為了獲取場景的深度信息

圖 1-6. 利用光譜成像技術(shù)識(shí)別果實(shí)的原理Fig. 1-6. The model of fruit object detection using hyperspectral imageKane和Lee[49]采用一款多光譜相機(jī)識(shí)別果園中的綠色柑橘，這款相機(jī)一共配有種不同光譜長度的鏡頭，分別可以采集到1064，1150和1572nm的光譜圖像。通過這三副照片進(jìn)行處理，可以識(shí)別出樹上的柑橘，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到平均84.5%的成功率高光譜相機(jī)所采集的光譜范圍通常覆蓋可見光到近紅外，由于采集的光譜信息常豐富，所以可以被用來識(shí)別與背景枝葉顏色接近的果實(shí)，如綠色柑橘、青蘋果以黃瓜等[50],[51]。Okamoto等[52]采用一種光譜寬度為369-1042nm的高光譜相機(jī)解決綠柑橘的識(shí)別難題，正確識(shí)別出80%-89%位于自然環(huán)境中可見的柑橘。雖然光譜相機(jī)可以采集豐富的光譜信息，但是也帶來了計(jì)算耗時(shí)等缺陷，同時(shí)譜相機(jī)成本高昂，也制約了其廣泛應(yīng)用。1.3.2 采摘機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別方法對(duì)目標(biāo)果實(shí)的認(rèn)知不僅是采摘機(jī)器人所必備的能力之一，而且也是影響采摘機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]西紅柿果實(shí)目標(biāo)識(shí)別方法研究——基于模糊聚類算法[J]. 王富春,徐越,宋懷波.  農(nóng)機(jī)化研究. 2015(10)
[2]我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 王田苗,陶永.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(09)
[3]基于量子遺傳模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蘋果果實(shí)識(shí)別[J]. 馬曉丹,劉剛,周薇,馮娟.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2013(12)
[4]基于Adaboost算法的田間獼猴桃識(shí)別方法[J]. 詹文田,何東健,史世蓮.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2013(23)
[5]融合多源圖像信息的果實(shí)識(shí)別方法[J]. 馮娟,曾立華,劉剛,司永勝.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2014(02)
[6]機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 譚民,王碩.  自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2013(07)
[7]基于Retinex圖像增強(qiáng)的不同光照條件下的成熟荔枝識(shí)別[J]. 熊俊濤,鄒湘軍,王紅軍,彭紅星,朱夢思,林桂潮.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2013(12)
[8]服務(wù)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王田苗,陶永,陳陽.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2012(09)
[9]基于凹點(diǎn)搜索的重疊果實(shí)定位檢測算法研究[J]. 謝忠紅,姬長英,郭小清,朱淑鑫.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2011(12)
[10]基于光譜成像技術(shù)的溫室黃瓜識(shí)別方法[J]. 袁挺,紀(jì)超,陳英,李偉,張俊雄.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2011(S1)

博士論文
[1]溫室果蔬采摘機(jī)器人視覺信息獲取方法及樣機(jī)系統(tǒng)研究[D]. 紀(jì)超.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[2]番茄采摘機(jī)器人真空吸持系統(tǒng)分析與優(yōu)化控制研究[D]. 劉繼展.江蘇大學(xué) 2010
[3]機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 辛菁.西安理工大學(xué) 2007
[4]機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的若干問題研究[D]. 王社陽.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[5]基于位置的機(jī)器人視覺伺服控制的研究[D]. 劉涵.西安理工大學(xué) 2003

碩士論文
[1]基于WLAN的果實(shí)采摘機(jī)器人基礎(chǔ)平臺(tái)研究[D]. 劉佰鑫.上海交通大學(xué) 2015



本文編號(hào)：2905159