基于深度分离卷积神经网络的机器人花卉分拣系统

发布时间：2020-05-13 12:24

【摘要】：低延迟、高精度的图像分类算法在工业机器人辅助嵌入式设备上的应用始终是实际工程中关注的关键技术问题和科学研究的热点问题之一。目前研究较成熟的图像分类算法主要有基于传统图像处理技术和基于深度学习的图像分类技术,然而在微型嵌入式设备上移植图像分类算法在保持较高的图像分类精度和实时性方面都存在一定的限制。因此,从嵌入式设备软硬件设计和优化轻量级卷积神经网络网络模型这一新的角度来研究基于嵌入式设备的图像分类技术具有重要的研究意义。本文以工业花卉自动化分拣作业为工程背景,以微型嵌入式设备为具体的研究对象,根据本系统要求对花卉图像快速准确分类的特点引入优化轻量级网络模型的思想。从微型嵌入式设备的实际项目需求、图像分类网络模型的选取、以及模型优化几个方面着手,对基于深度分离卷积神经网络的机器人花卉分拣系统进行深入研究。论文主要研究工作如下:通过查阅大量国内外文献,对目前卷积神经网络的研究现状、花卉图像分类方法以及视觉算法在机器人自动分拣的应用进行了总结和分析比较,总结了值得进一步深入研究的问题。并且在目前大量对图像分类优化算法文献的启发下,指出从轻量级卷积神经网络模型入手来研究具备有限计算资源的微型嵌入式设备的花卉图像分类算法具有重要的研究意义。针对当前市场上微型嵌入式设备的软硬件设计,深入考察对比了每一种方案的优缺点,其中作为该设备开发最重要的部分为主控CPU芯片的选择。既满足较高的计算能力又可处于低功耗运行应是本系统最佳选择,辅以其他外围组件即可满足公司的实际项目需求。针对工业花卉包装自动化分拣领域的实际应用场景中出现花卉图像分类算法模型参数过大,分拣精度不高的问题,采用微型嵌入式设备作为包装机器人的“眼睛”,基于一种深度分离卷积神经网络提取花卉特征,并详细分析了网络模型结构;为了提高模型的训练速度,提出了一种微调的模型训练方法,PC端仿真结果表明,所采用的花卉图像分类算法准确率更高、稳定性更好,最后将训练好的模型压缩优化,搭建开发环境,将算法模型移植到微型嵌入式设备并评价其分类效果。
【图文】：

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并在此基础上加装了 Flex Picker 视觉系统。欧洲包装公司Sm根据实际的需求与 Fanuc 机器人公司合作，研发了一款 Sigpack Delta 包装分拣，显著提高生产效率。如图 1-2 所示，intergreen 公司首次机用于生产，1 小时可以打包 2400 个花束，相当于完成 7-9 人的工作于自动化包装。

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第三章花卉分拣机器人视觉系统硬件电路设计根据第二章花卉分拣视觉系统的总体设计分析可知，考虑到实际的应用发的可扩展性，在硬件方面最终选择 AP+Sensor+BT/WIFI+摄像头+移块的硬件方案，软件系统采用剪裁的 Android 系统。本章将详细介绍所的实施细节，完成嵌入式设备硬件电路设计和软件操作系统的烧录。1 花卉分拣机器人视觉系统硬件电路架构第二章所设计的微型嵌入式设备的硬件电路架构主要包括核心 CPU 模管理（PMU）模块、存储（Flash）单元、WIFI-BT 模块、摄像头模块块、音频处理单元、USB 连接模块、以及电池（Battery）模块，通过 IO、CSI 、UART、RGB 等不同类型信号将这些模块电性互联，实现主电路系统的稳定控制，以使各模块工作在正常范围，满足最初的项目设如图 3-1 所示为微型嵌入式设备的硬件电路原理图。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP183;TP242;TP391.41

【参考文献】