發(fā)布時間：2020-10-26 21:02

　　 枸杞是我國大規(guī)模種植的農(nóng)作物之一,是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。枸杞不僅具有食用價值還具有藥用價值。當(dāng)前枸杞的采收工作主要依靠人力完成,采摘工人少、勞動強(qiáng)度大、采摘環(huán)境差、采摘成本高、采摘效率低等問題日漸凸顯。因此,智能化采摘機(jī)器人的研發(fā)具有非常重要的意義。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,制造智能化枸杞采摘機(jī)器人已經(jīng)成為可能。枸杞果實不僅體積小而且數(shù)量多,單果采摘效率低,按照枝條形狀采摘不僅可以保證采摘效率還可以保護(hù)枸杞樹。采摘機(jī)器人采用擬人化設(shè)計,視覺識別系統(tǒng)和雙臂結(jié)構(gòu)模擬人在采摘枸杞時的工作過程,保證枸杞的順利采摘。隨著農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的研發(fā),雙目視覺和機(jī)械臂控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的粗狂型采摘方案已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對采摘機(jī)器人的要求。智能化高精度的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人需求量巨大。振動式采摘機(jī)械裝置已經(jīng)在枸杞產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,但是存在損傷果實和果樹的問題。枸杞一年可以采摘三次,對果樹的損傷必然會導(dǎo)致減產(chǎn)和品質(zhì)下降等問題。梳理式采摘裝置能夠有效保護(hù)果實和果樹,但是現(xiàn)在都停留在手持便攜式階段,使用過程太依賴人的判斷。計算機(jī)視覺識別系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識別和定位枸杞枝條位置,通過枸杞位置關(guān)系選定要采摘目標(biāo)枝條的位置信息。本文針對智能枸杞采摘機(jī)器人的設(shè)計理念和枝條識別關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了以下幾方面研究。(1)根據(jù)枸杞實際生長和采摘過程,介紹智能化枸杞采摘機(jī)器人的設(shè)計思路和工作過程。智能化采摘機(jī)器人采用擬人化設(shè)計,工作過程分為枝條識別過程、枝條抓取過程和枸杞采摘過程。智能化枸杞采摘機(jī)器人能保證枸杞采摘的成功率。對枸杞采摘機(jī)器人組成部分的設(shè)計理念和功能進(jìn)行說明。介紹枝條抓取過程和枸杞采摘過程各組成部分的作用和工作流程。(2)針對自然環(huán)境下的枸杞枝條進(jìn)行識別。根據(jù)RGB、Lab顏色空間特性,選取最佳的顏色空間。相機(jī)采集的原始圖片存在噪聲干擾等問題,可通過圖像增強(qiáng)和濾波器對圖像進(jìn)行預(yù)處理,提高枝條識別成功率。針對枸杞枝條,對枸杞枝條進(jìn)行識別。為采摘機(jī)器人提供目標(biāo)枝條抓取位置和避障信息。(3)針對自然環(huán)境下枸杞枝條識別干擾因素多的問題,通過k-means聚類分割法對枝條進(jìn)行處理,識別出枸杞枝條。識別枸杞枝條時需要去除枸杞果實、樹葉、天空、土地等干擾因素。特別是枸杞樹葉和枸杞枝條顏色相近,而且樹葉多而密的伴隨枸杞枝條生長。單一方法不能有效的去除干擾,利用k-means聚類分割法能有效分割個出枸杞枝條。采用細(xì)線化法提取樹枝骨架,通過得到的樹枝關(guān)鍵點坐標(biāo)結(jié)合樹枝半徑的先驗知識,重建枸杞枝條空間位置信息。(4)針對枸杞果實和樹葉對枝條的遮擋問題,提出利用枸杞果實位置信息輔助定位枸杞枝條的方案。因為枸杞果實和樹葉相伴枸杞枝條生長,特別是在枝條末端,枝條遮擋情況嚴(yán)重,相機(jī)無法有效讀取枝條坐標(biāo)信息。采摘機(jī)器人需要確定枝條末端抓取點的位置,可以通過枝條上的枸杞果實進(jìn)行輔助定位。設(shè)計實驗并驗證了輔助定位實驗的可行性。能為枸杞提供有效的枸杞枝條抓取點,保證枝條抓取工作的順利完成。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242;TP391.41;S225.99
【部分圖文】：

我國的農(nóng)業(yè)正面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨確化方向發(fā)展，傳統(tǒng)依靠人力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模的成本上升和勞動力不足的現(xiàn)象也日趨明顯越來越重要。灌木枸杞的成熟果實。枸杞子藥食同源衰老的功效。枸杞子中含有多種氨基酸功效，受到消費者的追捧。枸杞是茄科中華枸杞（Lycium chinense Mill.）和寧夏物種。枸杞屬植物通常為有棘刺或無棘新疆、內(nèi)蒙古等地均有大面積種植。隨產(chǎn)基在普遍分布西北地區(qū)。采摘已經(jīng)結(jié)束。據(jù)中藥材天地網(wǎng)數(shù)據(jù)總結(jié)噸以上，青海地區(qū)總產(chǎn)量在 8 萬噸以上地區(qū) 1.5 萬噸以上，內(nèi)蒙古地區(qū) 4000 噸估計全國產(chǎn)量在 22 萬噸以上。

第一章 緒論3圖1.2 荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所黃瓜收獲機(jī)器人Fig 1.2 cucumber harvesting robot of the Netherlands institute of agricultural andenvironmental engineering2002 年，日本的 Bulanon 根據(jù)顏色和灰度的組合特征對蘋果進(jìn)行識別。通過攝像機(jī)拍攝蘋果圖像，并用電腦處理圖像，以識別和定位水果。結(jié)果表明紅色的顏色差異最大�？梢酝ㄟ^紅色特征將蘋果識別出來，解決了蘋果采摘機(jī)器人的識別定位問題。采用最優(yōu)閾值的分割結(jié)果顯示，成功率超過 88%[10]。2002 年，日本 Limsiroratana 將形狀識別應(yīng)用于木瓜采摘機(jī)器人中。提高了木瓜的識別采摘率[11]。2004 年，日本學(xué)者 Bulanon 研究了一個實時機(jī)器視覺系統(tǒng)的發(fā)展，為紅富士蘋果的機(jī)器人操作機(jī)器人提供指導(dǎo)。該機(jī)器視覺系統(tǒng)由一個彩色CCD攝像機(jī)組成

圖 1.3甜椒采摘機(jī)器人Fig 1.3 Sweet pepper picking robottemah 等人設(shè)計了一種為家庭和溫室中收集櫻桃利用相機(jī)識別出成熟的櫻桃番茄，然后機(jī)器人籃子里。機(jī)器人重復(fù)之前的步驟，直到樹上沒有其他的特點，比如挑選腐爛的櫻桃番茄，把
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本文編號：2857523