國內(nèi)外針對果實采摘機器人的研究很多,但是距離走出實驗室、在溫室環(huán)境下進行連續(xù)作業(yè)似乎還有一段距離。阻礙采摘機器人進行大規(guī)模商用的難點主要體現(xiàn)在硬件和軟件兩個方面:硬件方面是缺乏一款能夠?qū)崿F(xiàn)快速采摘的硬件裝置及與之配套的結構化采摘環(huán)境;軟件方面則是缺乏對采摘作業(yè)環(huán)境的結構化建模及理解以及一套適應連續(xù)作業(yè)場景的軟件控制系統(tǒng)。針對第一個問題,項目所屬課題搭建了一款西紅柿雙臂采摘機器人。本文主要聚焦于解決第二個問題,依托于上述硬件,開發(fā)了一套雙臂采摘機器人連續(xù)作業(yè)軟件控制系統(tǒng)。主要的研究工作有以下幾點(1)針對半結構化環(huán)境中采摘機器人的作業(yè)方案問題,首先分析采摘機器人的作業(yè)環(huán)境-溫室環(huán)境的半結構化特點,聚焦變光照條件下的識別定位、多簇生長環(huán)境下的智能采摘、復雜多任務規(guī)劃問題。采用系統(tǒng)工程方法確定了面向復雜過程和可變對象的機器人結構設計、工作空間設計、眼手協(xié)同作業(yè)規(guī)劃設計系統(tǒng)化方案。最后提出了基于時空數(shù)據(jù)庫的雙臂采摘機器人半結構環(huán)境下環(huán)境感知方案及智能化的上位機軟件系統(tǒng)框架。(2)針對溫室半結構化環(huán)境難以進行數(shù)據(jù)表征及建模的問題,開發(fā)了基于動態(tài)關聯(lián)的時空數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。首先針對連續(xù)采摘過程中的兩個時空對象,西紅柿及機器人,進行了時空建模及動態(tài)關聯(lián)。然后在服務器端利用SQL server搭建了時空數(shù)據(jù)庫。最后進行系統(tǒng)驗證,調(diào)試存儲功能正常,與機器人上位機軟件系統(tǒng)通信功能正常。(3)針對雙臂采摘機器人軟件系統(tǒng)功能模塊復雜、開發(fā)難度大的特點,以及對西紅柿進行連續(xù)采摘過程中的復雜多任務規(guī)劃問題,設計了分層模塊化的上位機軟件系統(tǒng)框架。其中的核心部分是基于有限狀態(tài)機思想的多任務規(guī)劃、功能模塊調(diào)度方法。實際的開發(fā)實踐表明,分層模塊化的軟件框架設計及基于有限狀態(tài)機的任務調(diào)度設計降低了開發(fā)難度、提高了開發(fā)效率。(4)根據(jù)以上的框架設計及編程思想,基于ROS系統(tǒng)實現(xiàn)了視覺模塊、運動模塊、眼手協(xié)同模塊及任務規(guī)劃模塊的具體設計及子節(jié)點編程。在工控機上運行驗證,有效的實現(xiàn)了各節(jié)點功能,在搭建的溫室實驗環(huán)境中實現(xiàn)了機器人的連續(xù)采摘。實驗結果表明,全視野內(nèi)目標果實不多于3個的條件下,多果采摘平均時間為35s。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S225;TP242
【部分圖文】：

圖 1-3 甜椒采摘機器人Fig.1-3 Sweet pepper harvesting robot除此以外，Taqi[8]等研發(fā)了小型家用櫻桃番茄采摘機器人，可以在特定環(huán)境現(xiàn)非常準確的采摘作業(yè)任務。YAGUCHI 等[9]特別設計的旋轉式番茄采摘機械端執(zhí)行器，可以使采摘的成功率和采摘速度都得到大幅度的提升。內(nèi)采摘機器人硬件研究現(xiàn)狀國內(nèi)對于采摘機器人的研究開展比較晚，主要以高校為主，但在近十年來得了許多不錯的成就，與國外領先水平差距正不斷縮小。國內(nèi)的研究最早由農(nóng)業(yè)大學張鐵中團隊開展，其設計研制的高架草莓采摘機器人“采摘童 1 號于 2012 年完成（如圖 1-4），由精密運動定位機構和末端執(zhí)行器等構成，由執(zhí)行器上的攝像頭和光纖傳感器等進行信息采集，在實驗中的無損采摘成功 88%，取得相當不錯的效果。

圖 1-5 李偉團隊的番茄采摘機器人ig.1-5 Tomato harvesting robot of China Agricultural Univer繼展等[12]設計了新型的采摘機器人末端執(zhí)行器結、手指夾持機構和激光切斷裝置構成執(zhí)行機構，、遠距近距傳感器、指力傳感器、腕力傳感器等確地摘取下一顆果實。

圖 1-5 李偉團隊的番茄采摘機器人Fig.1-5 Tomato harvesting robot of China Agricultural University學劉繼展等[12]設計了新型的采摘機器人末端執(zhí)行器結構（裝置、手指夾持機構和激光切斷裝置構成執(zhí)行機構，由分碼器、遠距近距傳感器、指力傳感器、腕力傳感器等構成效準確地摘取下一顆果實。
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2849123