樱桃番茄叶柄方向光电自动探测方法与机构设计

发布时间：2019-12-01 05:22

【摘要】：采用机器人自动去除樱桃番茄腋芽时,为得到叶柄的位置及水平投影方向角,需调整摄像头位置与角度,以便于采集到主茎、腋芽和叶柄的主平面图像,并使后续机器视觉判别腋芽的步骤得以顺利进行。该文设计了光电式自动旋转测向机构;采用闭合环形机构环绕樱桃番茄主茎,并通过往复旋转方式使固定在活动环上的光电传感器能水平360°扫描叶柄,通过叶柄水平投影角度测量算法计算得到叶柄的水平投影方向角;分析8个光电传感器的运动轨迹,得到其线速度与角速度的关系及扫描系数。经试验表明:扫描系数为1.5,角速度为1.5πrad/s,线速度为20 mm/s时,检测成功率为95%;高度补偿设定为28 mm,成功率为93%;对42株樱桃番茄的153个叶柄进行测试,在1.8 m高度内的成功率为88.2%。研究结果为腋芽生长点判定与摘除提供参考。
【图文】：

示意图,腋芽,示意图,活动环

增刊1王萌等：樱桃番茄叶柄方向光电自动探测方法与机构设计43向上运动检测并清除侧枝的方式。测向机构的机械设计采用非接触环绕方式，使机器人避免直接接触小番茄植株，防止对主茎和叶柄造成损伤。图1腋芽生长示意图Fig.1Diagramofaxillarybudgrowth其测向原理如图2所示，测向机构将樱桃番茄主茎包围在环形构件中心，环形构件带动光电传感器往复转动并上升。光电传感器向上发射红外光并接收反射光，当探测到叶柄时[29]，测向机构根据转过的角度计算叶柄水平投影角。注：v为环形构件向上运行的速度。Note:vistherisevelocityofringstructure.图2测向原理Fig.2Direction-findingprinciple测向机构结构如图3所示，主要由光电传感器、活动环、基座、开合机构、驱动齿轮、步进电机和定位齿条等组成。8个光电传感器均匀分布在活动环上，活动环分左右两半，安装在基座上；基座也分两半；驱动齿轮由步进电机直接带动，开合机构由舵机带动，控制基座与活动环打开与闭合。1.步进电机2.开合机构3.舵机4.定位齿条5.定位销6.驱动齿轮7.外齿8.光电传感器9.活动环10.基座1.Steppermotor2.Switchingmechanism3.Steeringengine4.Positionrack5.Dowelpin6.Drivinggear7.Externalteeth8.Photoelectricsensor9.Activecircle10.Base图3测向机构结构图Fig.3Structureofdirection-findingmechanism作业时，，测向机构与摄像头需配合工作（图4），工作流程如下：1）电动机控制测向机构缩回，左右活动环保持张开，使其处于初始位置；2）驱动定位齿条，使测向机构伸出，左右活动环闭合套住樱桃番茄主茎，定位销使左右活动环能够紧密和准确闭合，此时活动环处于零位；3）机械臂带动活动环自下向上运动，同时驱动齿轮带动外齿使活动环在[45°,45

活动环,测向机,光电传感器,驱动齿轮

增刊1王萌等：樱桃番茄叶柄方向光电自动探测方法与机构设计43向上运动检测并清除侧枝的方式。测向机构的机械设计采用非接触环绕方式，使机器人避免直接接触小番茄植株，防止对主茎和叶柄造成损伤。图1腋芽生长示意图Fig.1Diagramofaxillarybudgrowth其测向原理如图2所示，测向机构将樱桃番茄主茎包围在环形构件中心，环形构件带动光电传感器往复转动并上升。光电传感器向上发射红外光并接收反射光，当探测到叶柄时[29]，测向机构根据转过的角度计算叶柄水平投影角。注：v为环形构件向上运行的速度。Note:vistherisevelocityofringstructure.图2测向原理Fig.2Direction-findingprinciple测向机构结构如图3所示，主要由光电传感器、活动环、基座、开合机构、驱动齿轮、步进电机和定位齿条等组成。8个光电传感器均匀分布在活动环上，活动环分左右两半，安装在基座上；基座也分两半；驱动齿轮由步进电机直接带动，开合机构由舵机带动，控制基座与活动环打开与闭合。1.步进电机2.开合机构3.舵机4.定位齿条5.定位销6.驱动齿轮7.外齿8.光电传感器9.活动环10.基座1.Steppermotor2.Switchingmechanism3.Steeringengine4.Positionrack5.Dowelpin6.Drivinggear7.Externalteeth8.Photoelectricsensor9.Activecircle10.Base图3测向机构结构图Fig.3Structureofdirection-findingmechanism作业时，测向机构与摄像头需配合工作（图4），工作流程如下：1）电动机控制测向机构缩回，左右活动环保持张开，使其处于初始位置；2）驱动定位齿条，使测向机构伸出，左右活动环闭合套住樱桃番茄主茎，定位销使左右活动环能够紧密和准确闭合，此时活动环处于零位；3）机械臂带动活动环自下向上运动，同时驱动齿轮带动外齿使活动环在[45°,45

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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