蘋果產(chǎn)業(yè)是我國果業(yè)中的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,其產(chǎn)量也位居世界首位。蘋果采摘目前仍以手工采摘為主,不僅采摘的勞動強度大,而且蘋果集中成熟時需要及時采摘,這就需要很多的采摘作業(yè)人員。為了提升我國國內(nèi)蘋果收獲的自動化和智能化水平,本研究在國家自然科學(xué)基金項目“基于快速視覺伺服控制的多照度環(huán)境蘋果高效機器采摘方法研究”(項目編號:31571571)的支持下,綜合運用數(shù)字圖像處理、電動伺服運動控制、氣動伺服運動控制、數(shù)據(jù)通信、軟件編程、傳感器等技術(shù),對蘋果采摘機器人的關(guān)鍵技術(shù)進行研究,使得蘋果采摘機器人的性能可以滿足實際采摘作業(yè)的要求。主要的研究內(nèi)容和成果總結(jié)如下:(1)設(shè)計了PRRRP五自由度機械臂,其中第一個自由度為升降自由度,需要手動來提升機器人底座的高度,中間三個自由度為旋轉(zhuǎn)自由度,最后一個自由度采用Festo氣動推桿,這也是本蘋果采摘機器人最大的獨特創(chuàng)新點。將五自由度機械臂安裝在北京博創(chuàng)尚和出品的旅行家4號移動小車,增加蘋果采摘機器人的移動性。設(shè)計了用于蘋果抓取的末端執(zhí)行器,并安裝在氣動推桿末端。編寫的上位機控制軟件運行在研華IPC-611工控機。(2)在末端執(zhí)行器上完成各類傳感器的安裝,為了對傳感器信號進行放大,利用Altium Designer 13軟件繪制信號調(diào)理電路,印刷PCB電路板并完成電路板的焊接和測試。使用北京科瑞興業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的KPCI-847H型號的數(shù)據(jù)采集卡,來實現(xiàn)工控機對傳感器輸出信號的采集,同時輸出對電磁閥控制的信號。(3)完成臺達A2伺服驅(qū)動器的參數(shù)配置,在Visual Studio 2013軟件中編寫串口通信程序,建立工控機與A2伺服驅(qū)動器之間的串口通信。完成Festo氣動伺服運動控制系統(tǒng)的硬件搭建,并為其提供0.8MPa的穩(wěn)壓氣壓源,在Visual Studio 2013軟件上編寫OPC數(shù)據(jù)通信程序,建立上位機工控機與下位機軸控制器CMAX之間的通信,利用Festo配置工具FCT對氣動推桿的速度響應(yīng)曲線進行優(yōu)化,以保證推桿運行時能夠兼容快速性與穩(wěn)定性。(4)設(shè)計用于完成蘋果識別與定位的圖像處理算法,并在Visual Studio 2013軟件中利用Open CV2.4.10編程實現(xiàn)算法,獲得蘋果的中心點與圖像中心點的像素差(ex,ey),作為臺達A2伺服運動控制系統(tǒng)的輸入量。(5)利用VC++語言編寫上位機控制軟件,通過室內(nèi)實驗對蘋果采摘機器人伺服控制系統(tǒng)的定位精度進行評估。實驗表明該蘋果采摘機器人能夠自動準(zhǔn)確對準(zhǔn)目標(biāo)蘋果中心點,定位精度小于10個像素,Festo軸控制器對氣動推桿的位置控制精度在1mm之內(nèi)。通過實驗驗證了蘋果采摘機器人的控制策略符合其機械選型,能夠完成對蘋果目標(biāo)的采摘。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S225
【部分圖文】：

使得圖像處理研究進入新的方向[13了使得識別的速度滿足實際的要求。得益于計算機視覺方面的進步一千元左右，這使得蘋果采摘機器驗室階段，而能走進果園，為果農(nóng)動化技術(shù)有限公司推出的果蔬采摘4]。其機械臂為四自由度的機械臂三維空間的位置信息，控制機械自動回收。履帶式底盤可以實現(xiàn)以完成蘋果的自動識別、自動無率為 90%。

蘋果采摘機器人視覺伺服系統(tǒng)的定位研究帶的 Triclops SDK 里的 API 函數(shù)完成。首先相機獲的中心點三維坐標(biāo)，建立機械臂基坐標(biāo)系、機械臂相機坐標(biāo)系與機械臂末端坐標(biāo)系、機械臂末端坐標(biāo)在變換矩陣，因此便可以最終獲得目標(biāo)蘋果在機械。該機器人對成熟蘋果的識別準(zhǔn)確率為 81.73%，蘋果的平均采摘時間為 9.50s。

圖 1.3 江蘇大學(xué)趙德安團隊研制的蘋果采摘機器人Fig.1.3 Apple picking robot developed by Jiangsu University現(xiàn)狀國恩納基科技（Energid Technologies）公司正在開發(fā) 是其開發(fā)的具有雙采摘機械機構(gòu)、六攝像頭的柑橘動相當(dāng)。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，它使用了多個具有低采摘機構(gòu)有兩個自由度，一個自由度用于瞄準(zhǔn)果實自由度沒有執(zhí)行器和傳感器。采摘器設(shè)計為網(wǎng)格形用于定位水果的攝像機，該采摘系統(tǒng)使用電機進行伸。對于現(xiàn)場測試，采摘系統(tǒng)安裝在卡車的四軸液通過柑橘樹表面上的掃描運動來移動采摘器，同時像機可以看到區(qū)域中的橙子。這個原型系統(tǒng)被證明速度是 2-3秒，采摘率大約為 50％，其采摘機構(gòu)的
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相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2845629