穴盤育苗移栽是我國設(shè)施蔬菜花卉生產(chǎn)中的主要種植方式,隨著種植量的增加和勞動(dòng)力成本的提高,人工移栽已無法滿足生產(chǎn)要求,現(xiàn)有的移栽機(jī)械多為人工喂苗的半自動(dòng)移栽機(jī),還無法從根本上解決勞動(dòng)強(qiáng)度大、移栽效率低、移栽精度低等問題,而我國全自動(dòng)移栽機(jī)還處于探索研究階段,存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移栽效率低、漏苗率高等問題,針對(duì)這些問題,本文對(duì)全自動(dòng)移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),研究了基于機(jī)器視覺的穴盤苗識(shí)別方法,設(shè)計(jì)了全自動(dòng)移栽機(jī)控制系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)研制穴盤苗全自動(dòng)移栽機(jī)。采用機(jī)械、電子、氣動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)送苗機(jī)構(gòu)、取苗機(jī)構(gòu)、取苗機(jī)械手,以及機(jī)械式喂苗機(jī)構(gòu)和栽植機(jī)構(gòu),移栽機(jī)以移栽計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為基本時(shí)序,在移栽機(jī)控制系統(tǒng)的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)行,可自動(dòng)完成穴苗盤輸送、缽苗抓取、投放和栽植等工作,移栽機(jī)采用兩行工作制,包含6個(gè)機(jī)械手,機(jī)械手采取間隔取苗的方式同時(shí)運(yùn)行,12次完成72孔苗盤缽苗的抓取。(2)設(shè)計(jì)機(jī)器視覺穴盤苗識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件部分主要由光源、圖像采集裝置、工控機(jī)和RS232通訊電纜組成,系統(tǒng)接受移栽機(jī)控制器命令自動(dòng)完成穴盤苗的識(shí)別,并把識(shí)別結(jié)果傳輸給控制器;軟件算法部分主要由圖... 

【文章來源】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 國內(nèi)外全自動(dòng)移栽機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外全自動(dòng)移栽機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)全自動(dòng)移栽機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 機(jī)器視覺技術(shù)在移栽機(jī)上的應(yīng)用
    1.3 課題研究目的和意義
    1.4 課題來源以及研究內(nèi)容
    1.5 研究方法和技術(shù)路線
2 全自動(dòng)移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵機(jī)構(gòu)分析
    2.1 引言
    2.2 全自動(dòng)移栽機(jī)設(shè)計(jì)要求
    2.3 全自動(dòng)移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)
        2.3.1 整體結(jié)構(gòu)
        2.3.2 工作原理
        2.3.3 移栽機(jī)動(dòng)力設(shè)置
    2.4 送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
        2.4.1 送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.2 送苗機(jī)構(gòu)工作原理
    2.5 取苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
        2.5.1 取苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.5.2 取苗機(jī)構(gòu)工作原理
    2.6 機(jī)械手設(shè)計(jì)及工作原理
        2.6.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)
        2.6.2 機(jī)械手工作原理
    2.7 橫向喂苗機(jī)構(gòu)
    2.8 栽植機(jī)構(gòu)
    2.9 小結(jié)
3 穴盤苗機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)及圖像預(yù)處理
    3.1 引言
    3.2 穴盤苗機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        3.2.1 機(jī)器視覺技術(shù)
        3.2.2 穴盤苗識(shí)別系統(tǒng)要求
        3.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
        3.2.4 圖像處理算法
        3.2.5 設(shè)備選型
    3.3 穴盤苗圖像預(yù)處理
        3.3.1 穴盤苗圖像采集
        3.3.2 番茄穴盤苗圖像特征分析
        3.3.3 試驗(yàn)開發(fā)環(huán)境
        3.3.4 番茄穴盤苗圖像預(yù)處理
    3.4 數(shù)據(jù)集構(gòu)建
        3.4.1 訓(xùn)練集和測(cè)試集
        3.4.2 張量
        3.4.3 格式轉(zhuǎn)換
        3.4.4 圖像像素值歸一化
        3.4.5 構(gòu)建數(shù)據(jù)集
    3.5 數(shù)據(jù)集擴(kuò)充
        3.5.1 圖像翻轉(zhuǎn)
        3.5.2 圖像旋轉(zhuǎn)
        3.5.3 添加高斯噪聲
        3.5.4 圖像平移
        3.5.5 構(gòu)建擴(kuò)充數(shù)據(jù)集
    3.6 小結(jié)
4 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穴盤苗圖像識(shí)別
    4.1 引言
    4.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        4.2.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        4.2.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用
        4.2.3 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
        4.2.4 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特性
        4.2.5 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)訓(xùn)練
    4.3 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穴盤苗識(shí)別模型構(gòu)建
        4.3.1 經(jīng)典LeNet-5 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        4.3.2 穴盤苗識(shí)別模型構(gòu)建
    4.4 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穴盤苗識(shí)別模型優(yōu)化
        4.4.1 激活函數(shù)
        4.4.2 降低過擬合
        4.4.3 損失函數(shù)
        4.4.4 優(yōu)化器函數(shù)
    4.5 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)穴盤苗識(shí)別模型訓(xùn)練及結(jié)果分析
        4.5.1 模型訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置
        4.5.2 訓(xùn)練結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)
        4.5.3 ReLU訓(xùn)練及結(jié)果分析
        4.5.4 ELU訓(xùn)練及結(jié)果分析
        4.5.5 正則化訓(xùn)練及結(jié)果分析
        4.5.6 擴(kuò)充數(shù)據(jù)集訓(xùn)練及結(jié)果分析
        4.5.7 訓(xùn)練結(jié)果總結(jié)
    4.6 小結(jié)
5 送苗取苗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 送苗取苗機(jī)構(gòu)初始定位控制設(shè)計(jì)
        5.2.1 機(jī)構(gòu)初始位置
        5.2.2 初始定位控制設(shè)計(jì)
    5.3 送苗機(jī)構(gòu)雙閉環(huán)PID運(yùn)動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)
        5.3.1 步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)增量式PID控制
        5.3.2 步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)增量式PID控制仿真
    5.4 取苗機(jī)構(gòu)S曲線加減速控制算法設(shè)計(jì)
    5.5 小結(jié)
6 全自動(dòng)移栽機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    6.1 引言
    6.2 全自動(dòng)移栽機(jī)控制系統(tǒng)要求及設(shè)計(jì)方案
    6.3 機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        6.3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖
        6.3.2 氣缸選型及工作原理
        6.3.3 氣缸作用力調(diào)節(jié)
        6.3.4 空氣壓縮機(jī)選型
        6.3.5 電磁閥組設(shè)計(jì)
        6.3.6 氣動(dòng)系統(tǒng)其它器件選型
    6.4 全自動(dòng)移栽機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        6.4.1 可編程控制器選型
        6.4.2 步進(jìn)電機(jī)選型
        6.4.3 伺服電機(jī)選型
        6.4.4 旋轉(zhuǎn)編碼器選型
        6.4.5 其他主要器件選型
        6.4.6 電源設(shè)置
        6.4.7 控制系統(tǒng)原理圖
    6.5 控制系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及設(shè)置
        6.5.1 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置
        6.5.2 伺服電機(jī)電子齒輪比計(jì)算
        6.5.3 伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置
        6.5.4 HMI參數(shù)設(shè)置
        6.5.5 步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)運(yùn)行頻率計(jì)算
    6.6 全自動(dòng)移栽機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        6.6.1 編程軟件
        6.6.2 主程序設(shè)計(jì)
        6.6.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)
        6.6.4 伺服電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)
    6.7 全自動(dòng)移栽機(jī)HMI信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        6.7.1 主界面
        6.7.2 歷史數(shù)據(jù)界面
        6.7.3 報(bào)警數(shù)據(jù)界面
        6.7.4 系統(tǒng)幫助界面
    6.8 機(jī)構(gòu)試驗(yàn)
        6.8.1 送苗機(jī)構(gòu)運(yùn)行試驗(yàn)
        6.8.2 取苗機(jī)構(gòu)運(yùn)行試驗(yàn)
        6.8.3 機(jī)械手取苗試驗(yàn)
    6.9 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 論文工作結(jié)論
    7.2 研究創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間主要成績


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]基于機(jī)器視覺和仿真試驗(yàn)的蔬菜穴盤幼苗移栽關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 王躍勇.吉林大學(xué) 2016
[3]穴盤苗移栽機(jī)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D]. 韓長杰.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[4]基于機(jī)器視覺的缽苗分選移栽信息獲取關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 楊振宇.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[5]蔬菜穴盤苗自動(dòng)移栽技術(shù)與裝置的研究[D]. 金鑫.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
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[3]全自動(dòng)移栽機(jī)送苗取苗裝置控制系統(tǒng)研究[D]. 楊萌.石河子大學(xué) 2018
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[6]基于PLC和觸摸屏的自動(dòng)移栽機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 劉云.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[7]番茄自動(dòng)移栽機(jī)苗盤輸送裝置控制系統(tǒng)的研究[D]. 劉凱強(qiáng).石河子大學(xué) 2016
[8]缽體苗自動(dòng)移栽機(jī)取送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]. 倪有亮.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2016
[9]穴盤立式取苗器氣動(dòng)取苗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]. 高捷.石河子大學(xué) 2016
[10]穴盤苗全自動(dòng)移栽機(jī)氣動(dòng)取苗裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D]. 郭林強(qiáng).江蘇大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2915338