發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 09:36

【摘要】：自動(dòng)化生產(chǎn)加工是必然趨勢(shì),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然也不例外,我國(guó)政府早已確定了科教興農(nóng)的戰(zhàn)略,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及自動(dòng)化設(shè)備,提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)成本是未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。水果種植業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著舉足輕重的地位,而我國(guó)的水果采摘幾乎全部依靠人力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口老齡化的加快,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將出現(xiàn)嚴(yán)重短缺現(xiàn)象,從而導(dǎo)致水果生產(chǎn)成本的提高,因此農(nóng)業(yè)水果產(chǎn)業(yè)想要長(zhǎng)足發(fā)展,提高勞動(dòng)效率,實(shí)現(xiàn)水果采摘自動(dòng)化成為迫在眉睫的問(wèn)題。目前農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人還處于研究階段,離商品化與實(shí)用化還有一段較長(zhǎng)的路要走,基于這些原因,開發(fā)出一種高效率、低成本的基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人具有著長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。本文中設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的氣動(dòng)采摘機(jī)器人,它由具有4個(gè)自由度的機(jī)械手、雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)和氣動(dòng)比例控制系統(tǒng)組成。針對(duì)這種采摘機(jī)器人,本文開展了如下的具體研究工作:首先,根據(jù)農(nóng)業(yè)采摘的特點(diǎn)以及實(shí)際要求,設(shè)計(jì)了一個(gè)以氣壓傳動(dòng)為基本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)采摘機(jī)器人,使用UG軟件完成了具有4個(gè)自由度機(jī)械手的三維建模工作,并利用AutoCAD軟件繪制了機(jī)械加工二維圖紙。此外,還設(shè)計(jì)了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)整體方案以及氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并且完成了相關(guān)元件,如擺動(dòng)氣缸、直線氣缸、比例方向閥、氣源處理單元等的選型設(shè)計(jì)。其次,使用D-H方法建立了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的連桿坐標(biāo)系,并對(duì)它進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和分析,得到了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆解以及雅克比矩陣,并且利用Matlab軟件和UG軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)單軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。然后,在雙目立體視覺(jué)的基本原理的基礎(chǔ)上研究了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下果實(shí)的識(shí)別和定位方法,提出了一種基于果實(shí)形心特征匹配的果實(shí)識(shí)別定位方法,并為氣動(dòng)采摘機(jī)器人搭建了雙目立體視覺(jué)系統(tǒng),并且編寫了雙目立體視覺(jué)軟件程序。再后,使用拉格朗日方法建立了機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型,并利用AMESim軟件搭建了相應(yīng)的氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型,研究了普通PID控制算法與模糊自適應(yīng)PID控制算法,并通過(guò)AMESim軟件與Simulink軟件的聯(lián)合仿真研究了算法的實(shí)時(shí)控制效果。最后,搭建了氣動(dòng)采摘機(jī)器人控制系統(tǒng),對(duì)相關(guān)硬件進(jìn)行了選型設(shè)計(jì),并使用MFC編寫了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的控制軟件;在此基礎(chǔ)上對(duì)該機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究,分析了其整體性能和存在的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氣動(dòng)采摘機(jī)器人的定位精度以及重復(fù)精度基本能夠滿足農(nóng)業(yè)采摘的精度要求,其雙目立體視覺(jué)定位系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別和定位果實(shí),其控制系統(tǒng)能夠控制氣動(dòng)采摘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主抓取任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S225.93;TP242

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本文編號(hào)：2791827