番茄采摘原型机器人立体视觉与控制系统设计研究
发布时间：2021-10-01 23:33
采摘是农业果蔬生产过程中最为费时费力的环节,劳动力的短缺和人工成本的增加使得果蔬生产的成本不断增长。采摘机器人的出现提高了果蔬的生产效率,这不仅具有现实意义,也是农业智能化、无人化的必然趋势。本文以番茄为采摘对象,利用机器人技术、计算机视觉、图像处理等技术,设计了一台番茄采摘原型机器人。主要研究内容与方法如下:（1）根据番茄采摘机器人的作业特点及要求,对采摘机器人做了整体设计,并对移动平台、机械臂、立体视觉方案和控制器做了选型。（2）采用D-H建模法对采摘机器人的机械臂进行正运动学分析,并用代数法求得逆运动学的解,从而得到每个关节需要转动的角度;为了使机械臂能够平稳地运行,在关节空间进行了轨迹规划,并将直线抛物线混合轨迹规划与五次多项式轨迹规划方法进行了对比。（3）对常见的图像去噪方法进行了对比,根据结果选择了中值滤波;对RGB颜色空间下的番茄图像做了颜色分析,针对分析结果,设计了一种基于色差算子的OTSU分割算法,经过形态学处理后得到了番茄的二值图像,再通过边缘检测与质心提取便可成功识别出单个果实;对于重叠果实,先用基于色差算子的OTSU法与形态学分割出番茄区域,利用canny算子对...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1日本的番茄采摘机器人Fig1.1Japanesetomatopickingrobot
青岛理工大学工程硕士学位论文31995年，日本冈山大学的学者们针对棚架式的果园，设计出了葡萄采摘机器人[10]，如图1.2所示，其机械手臂是五个自由度的极坐标型机械手，其中四个为旋转关节，另一个为平移关节，旋转关节的速度可调。为了提高使用的效率，该采摘机器人配有多个末端执行器，通过更换末端执行器可以赋予机器人修剪枝叶、喷洒药物等多种不同的功能[11,12]。图1.2日本的葡萄采摘机器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷兰农业工程研究所研发出一款可采摘黄瓜的采摘机器人，如图1.3，该机器人利用近红外传感系统来识别成熟的黄瓜并检测它们的位置，选用具有七个自由度的三菱RV-E2机械手，执行末端由手抓和切割器组成。该机器人对黄瓜识别的成功率较高，可达95%，采摘成功率约为80%，采摘一根黄瓜的时间约为54s[13]。图1.3荷兰的黄瓜采摘机器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot
青岛理工大学工程硕士学位论文31995年，日本冈山大学的学者们针对棚架式的果园，设计出了葡萄采摘机器人[10]，如图1.2所示，其机械手臂是五个自由度的极坐标型机械手，其中四个为旋转关节，另一个为平移关节，旋转关节的速度可调。为了提高使用的效率，该采摘机器人配有多个末端执行器，通过更换末端执行器可以赋予机器人修剪枝叶、喷洒药物等多种不同的功能[11,12]。图1.2日本的葡萄采摘机器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷兰农业工程研究所研发出一款可采摘黄瓜的采摘机器人，如图1.3，该机器人利用近红外传感系统来识别成熟的黄瓜并检测它们的位置，选用具有七个自由度的三菱RV-E2机械手，执行末端由手抓和切割器组成。该机器人对黄瓜识别的成功率较高，可达95%，采摘成功率约为80%，采摘一根黄瓜的时间约为54s[13]。图1.3荷兰的黄瓜采摘机器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国柑橘十二五生产现状和十三五生产发展趋势及对策[J]. 沈兆敏. 科学种养. 2016(12)
[2]基于Levenberg-Marquarat算法的非线性三维直角坐标转换方法[J]. 闻洪峰,和会. 大地测量与地球动力学. 2016(08)
[3]新型苹果采摘机器人的设计与试验[J]. 伍锡如,黄国明,刘金霞,徐波. 科学技术与工程. 2016(09)
[4]中国农业机器人发展及应用现状[J]. 林欢,许林云. 浙江农业学报. 2015(05)
[5]苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J]. 赵德安,沈甜,陈玉,贾伟宽. 农业工程学报. 2015(02)
[6]农业机器人的发展现状及趋势[J]. 姬江涛,郑治华,杜蒙蒙,贺智涛,杜新武,崔丽慧,刘庆,何亚凯. 农机化研究. 2014(02)
[7]改进类圆随机Hough变换及其在油茶果实遮挡识别中的应用[J]. 李昕,李立君,高自成,易春峰,李庆春. 农业工程学报. 2013(01)
[8]基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法[J]. 王俊,刘刚. 农业工程学报. 2012(21)
[9]一种适用于图像测量的角点检测算法[J]. 孙秋成,谭庆昌,侯跃谦,唐武生,周亚洲. 北京工业大学学报. 2012(10)
[10]智能移动水果采摘机器人设计与试验[J]. 顾宝兴,姬长英,王海青,田光兆,张高阳,王玲. 农业机械学报. 2012(06)
博士论文
[1]番茄采摘机器人关键技术研究[D]. 王丽丽.北京工业大学 2017
[2]开放环境中番茄的双目立体视觉识别与定位[D]. 项荣.浙江大学 2013
硕士论文
[1]自然环境下柑橘采摘机器人的目标识别与定位方法研究[D]. 胡友呈.重庆理工大学 2018
[2]基于惯性测量单元与视觉融合的三维空间定位技术研究[D]. 李飞.中国地质大学(北京) 2017
[3]番茄采摘机器人视觉系统的研究[D]. 蒋正帅.中国计量学院 2014
[4]车牌字符识别技术的研究[D]. 王浩.重庆大学 2010
[5]采摘机械手障碍信息探测及避障技术研究[D]. 张向珂.江苏大学 2010
本文编号：3417556
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1日本的番茄采摘机器人Fig1.1Japanesetomatopickingrobot
青岛理工大学工程硕士学位论文31995年，日本冈山大学的学者们针对棚架式的果园，设计出了葡萄采摘机器人[10]，如图1.2所示，其机械手臂是五个自由度的极坐标型机械手，其中四个为旋转关节，另一个为平移关节，旋转关节的速度可调。为了提高使用的效率，该采摘机器人配有多个末端执行器，通过更换末端执行器可以赋予机器人修剪枝叶、喷洒药物等多种不同的功能[11,12]。图1.2日本的葡萄采摘机器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷兰农业工程研究所研发出一款可采摘黄瓜的采摘机器人，如图1.3，该机器人利用近红外传感系统来识别成熟的黄瓜并检测它们的位置，选用具有七个自由度的三菱RV-E2机械手，执行末端由手抓和切割器组成。该机器人对黄瓜识别的成功率较高，可达95%，采摘成功率约为80%，采摘一根黄瓜的时间约为54s[13]。图1.3荷兰的黄瓜采摘机器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot
青岛理工大学工程硕士学位论文31995年，日本冈山大学的学者们针对棚架式的果园，设计出了葡萄采摘机器人[10]，如图1.2所示，其机械手臂是五个自由度的极坐标型机械手，其中四个为旋转关节，另一个为平移关节，旋转关节的速度可调。为了提高使用的效率，该采摘机器人配有多个末端执行器，通过更换末端执行器可以赋予机器人修剪枝叶、喷洒药物等多种不同的功能[11,12]。图1.2日本的葡萄采摘机器人Fig1.2Japanesegrapepickingrobot1996年，荷兰农业工程研究所研发出一款可采摘黄瓜的采摘机器人，如图1.3，该机器人利用近红外传感系统来识别成熟的黄瓜并检测它们的位置，选用具有七个自由度的三菱RV-E2机械手，执行末端由手抓和切割器组成。该机器人对黄瓜识别的成功率较高，可达95%，采摘成功率约为80%，采摘一根黄瓜的时间约为54s[13]。图1.3荷兰的黄瓜采摘机器人Fig1.3Dutchcucumberpickingrobot
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国柑橘十二五生产现状和十三五生产发展趋势及对策[J]. 沈兆敏. 科学种养. 2016(12)
[2]基于Levenberg-Marquarat算法的非线性三维直角坐标转换方法[J]. 闻洪峰,和会. 大地测量与地球动力学. 2016(08)
[3]新型苹果采摘机器人的设计与试验[J]. 伍锡如,黄国明,刘金霞,徐波. 科学技术与工程. 2016(09)
[4]中国农业机器人发展及应用现状[J]. 林欢,许林云. 浙江农业学报. 2015(05)
[5]苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J]. 赵德安,沈甜,陈玉,贾伟宽. 农业工程学报. 2015(02)
[6]农业机器人的发展现状及趋势[J]. 姬江涛,郑治华,杜蒙蒙,贺智涛,杜新武,崔丽慧,刘庆,何亚凯. 农机化研究. 2014(02)
[7]改进类圆随机Hough变换及其在油茶果实遮挡识别中的应用[J]. 李昕,李立君,高自成,易春峰,李庆春. 农业工程学报. 2013(01)
[8]基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法[J]. 王俊,刘刚. 农业工程学报. 2012(21)
[9]一种适用于图像测量的角点检测算法[J]. 孙秋成,谭庆昌,侯跃谦,唐武生,周亚洲. 北京工业大学学报. 2012(10)
[10]智能移动水果采摘机器人设计与试验[J]. 顾宝兴,姬长英,王海青,田光兆,张高阳,王玲. 农业机械学报. 2012(06)
博士论文
[1]番茄采摘机器人关键技术研究[D]. 王丽丽.北京工业大学 2017
[2]开放环境中番茄的双目立体视觉识别与定位[D]. 项荣.浙江大学 2013
硕士论文
[1]自然环境下柑橘采摘机器人的目标识别与定位方法研究[D]. 胡友呈.重庆理工大学 2018
[2]基于惯性测量单元与视觉融合的三维空间定位技术研究[D]. 李飞.中国地质大学(北京) 2017
[3]番茄采摘机器人视觉系统的研究[D]. 蒋正帅.中国计量学院 2014
[4]车牌字符识别技术的研究[D]. 王浩.重庆大学 2010
[5]采摘机械手障碍信息探测及避障技术研究[D]. 张向珂.江苏大学 2010
本文编号：3417556
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