机器人采摘葡萄的手眼协调技术研究
发布时间：2021-07-23 20:46
葡萄甘甜解渴、营养价值丰富,在食品医疗保健方面作用明显,是我国分布最为广泛的果树树种之一。国内外以手工为主的葡萄收获采摘方式,面临乡镇务农劳动力人口不断减少的直接影响,同时人工采摘效率低下、工作量大等。但是针对特定栽培模式的葡萄采摘作业,目前国内葡萄采摘机器人的研究尚缺乏完整、系统的解决方案。因此,面向手眼协调技术的研究内容对实现葡萄采摘机器人完全自主作业具有非常重要的科学研究意义。本文主要研究内容如下:首先,介绍了篱架式食用葡萄种植园栽培模式,以及与之配套的采摘机器人总体结构设计方案,并构建了远-近景组合的视觉识别定位系统。将双目视觉系统应用于果园图像采集,配合采摘场景制定了多图像组合的云台协调运动策略。在HSV颜色空间H分量分别进行中值滤波、限定阈值的自动分割、形态学操作、可执行区域标记、提取目标质心等,完成对葡萄的识别和特征提取。研究了近景果梗识别与定位技术,根据葡萄垂直悬挂生长特性,建立了果梗切割点计算模型。在选取的果梗感兴趣区域内分别进行边缘检测和累计概率霍夫变换,基于角度约束和葡萄质心到果梗所在直线距离最小规律筛选果梗边缘直线段,提取线段中点作为果梗切割点,根据近景定位信息...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黄瓜采摘机器人
机器人采摘葡萄的手眼协调技术研究。针对黄瓜精准识别定位要求，为 4 个机器人单独配备两套计算机视觉系统目标检测，并通过采摘机械臂和末端感应器执行末端抓取。eye-to-hand 安装方相机用于识别定位黄瓜，eye-in-hand 的安装方式的相机可以产生末端 3D 图片最终定位。该机器人在温室环境中可以达到 95%的黄瓜识别成功率和 80%的成功率，平均每个机器人单次采摘时间大约为 45s，整机效率不高。
图 1.1 黄瓜采摘机器人 图 1.2 苹果采摘机器人Fig.1.1 Cucumber picking robot Fig.1.2 Apple picking robot2006 年 Baeten[8]等人研发一款苹果采摘机器人，采用拖拉机牵引、6 自由度机械臂和内置摄像头的柔性末端执行器。拖拉机负责为采摘机械臂提供电源动力和场地转移能力，末端摄像机用于识别苹果，柔性抓取器防止采摘过程中的机械损伤缺点在于，整机所占空间过大，作业范围有限，适用于矮小的苹果树种采摘任务。2016 年东京大学的 YAGUCHI[9]等设计了一种自主番茄收获机器人。该机器人配备了双目立体视觉系统，利用全方位麦克纳姆轮底盘、6 自由度机械臂和夹持旋扭式末端执行器完成采摘场地转移和目标抓取，可以实现从番茄果簇和番茄树上收获番茄，收获速度约为 80s/果，成功率约为 60%。在半室外实际农场环境中，验证了其在阳光直射条件下的有效性和鲁棒性，并进一步将机器人收获速度提高至
【参考文献】：
期刊论文
[1]葡萄采摘4-DOF机械臂设计与虚拟样机仿真[J]. 杜金财,尹建军,贺坤,余成超. 农机化研究. 2019(08)
[2]葡萄采摘机器人研究进展与展望[J]. 许睿,赵明富,张利伟. 河南科技学院学报(自然科学版). 2018(04)
[3]自然场景下葡萄定位方法的研究[J]. 胡洋洋,马本学,李小霞. 新疆农机化. 2018(04)
[4]轮式AGV沿葡萄园垄道行驶避障导航算法与模拟试验[J]. 谢永良,尹建军,余承超,贺坤,胡旭东,李仁旺. 农业机械学报. 2018(07)
[5]世界鲜食葡萄报告发布 中国成最大生产和消费国[J]. 李旋,亓桂梅. 中国食品. 2018(06)
[6]轮式AGV纯滚动转向系统设计与无侧滑转向控制研究[J]. 谢永良,尹建军,贺坤,余承超,胡旭东. 农业机械学报. 2018(04)
[7]抓持-旋切式欠驱动双指手葡萄采摘装置设计与试验[J]. 尹建军,陈永河,贺坤,刘继展. 农业机械学报. 2017(11)
[8]枝上柑橘果实深度球截线识别方法[J]. 刘继展,朱新新,袁妍. 农业机械学报. 2017(10)
[9]非结构环境中扰动葡萄采摘点的视觉定位技术[J]. 熊俊涛,何志良,汤林越,林睿,刘振. 农业机械学报. 2017(04)
[10]基于机器视觉的葡萄采摘点三维空间定位系统的研究[J]. 宋西平,李国琴,罗陆锋. 江苏农业科学. 2016(07)
博士论文
[1]设施农业用轮式AGV系统集成设计与避障导航技术研究[D]. 谢永良.浙江理工大学 2018
[2]智能移动式水果采摘机器人系统的研究[D]. 顾宝兴.南京农业大学 2012
[3]机器视觉技术在果园自动化中的应用研究[D]. 王辉.中国农业机械化科学研究院 2011
硕士论文
[1]基于航姿与磁导航传感器融合的四轮转向AGV路径跟踪研究[D]. 贺坤.江苏大学 2018
[2]基于双目立体视觉三维重建方法的研究[D]. 梁伟涛.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：3300009
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
黄瓜采摘机器人
机器人采摘葡萄的手眼协调技术研究。针对黄瓜精准识别定位要求，为 4 个机器人单独配备两套计算机视觉系统目标检测，并通过采摘机械臂和末端感应器执行末端抓取。eye-to-hand 安装方相机用于识别定位黄瓜，eye-in-hand 的安装方式的相机可以产生末端 3D 图片最终定位。该机器人在温室环境中可以达到 95%的黄瓜识别成功率和 80%的成功率，平均每个机器人单次采摘时间大约为 45s，整机效率不高。
图 1.1 黄瓜采摘机器人 图 1.2 苹果采摘机器人Fig.1.1 Cucumber picking robot Fig.1.2 Apple picking robot2006 年 Baeten[8]等人研发一款苹果采摘机器人，采用拖拉机牵引、6 自由度机械臂和内置摄像头的柔性末端执行器。拖拉机负责为采摘机械臂提供电源动力和场地转移能力，末端摄像机用于识别苹果，柔性抓取器防止采摘过程中的机械损伤缺点在于，整机所占空间过大，作业范围有限，适用于矮小的苹果树种采摘任务。2016 年东京大学的 YAGUCHI[9]等设计了一种自主番茄收获机器人。该机器人配备了双目立体视觉系统，利用全方位麦克纳姆轮底盘、6 自由度机械臂和夹持旋扭式末端执行器完成采摘场地转移和目标抓取，可以实现从番茄果簇和番茄树上收获番茄，收获速度约为 80s/果，成功率约为 60%。在半室外实际农场环境中，验证了其在阳光直射条件下的有效性和鲁棒性，并进一步将机器人收获速度提高至
【参考文献】：
期刊论文
[1]葡萄采摘4-DOF机械臂设计与虚拟样机仿真[J]. 杜金财,尹建军,贺坤,余成超. 农机化研究. 2019(08)
[2]葡萄采摘机器人研究进展与展望[J]. 许睿,赵明富,张利伟. 河南科技学院学报(自然科学版). 2018(04)
[3]自然场景下葡萄定位方法的研究[J]. 胡洋洋,马本学,李小霞. 新疆农机化. 2018(04)
[4]轮式AGV沿葡萄园垄道行驶避障导航算法与模拟试验[J]. 谢永良,尹建军,余承超,贺坤,胡旭东,李仁旺. 农业机械学报. 2018(07)
[5]世界鲜食葡萄报告发布 中国成最大生产和消费国[J]. 李旋,亓桂梅. 中国食品. 2018(06)
[6]轮式AGV纯滚动转向系统设计与无侧滑转向控制研究[J]. 谢永良,尹建军,贺坤,余承超,胡旭东. 农业机械学报. 2018(04)
[7]抓持-旋切式欠驱动双指手葡萄采摘装置设计与试验[J]. 尹建军,陈永河,贺坤,刘继展. 农业机械学报. 2017(11)
[8]枝上柑橘果实深度球截线识别方法[J]. 刘继展,朱新新,袁妍. 农业机械学报. 2017(10)
[9]非结构环境中扰动葡萄采摘点的视觉定位技术[J]. 熊俊涛,何志良,汤林越,林睿,刘振. 农业机械学报. 2017(04)
[10]基于机器视觉的葡萄采摘点三维空间定位系统的研究[J]. 宋西平,李国琴,罗陆锋. 江苏农业科学. 2016(07)
博士论文
[1]设施农业用轮式AGV系统集成设计与避障导航技术研究[D]. 谢永良.浙江理工大学 2018
[2]智能移动式水果采摘机器人系统的研究[D]. 顾宝兴.南京农业大学 2012
[3]机器视觉技术在果园自动化中的应用研究[D]. 王辉.中国农业机械化科学研究院 2011
硕士论文
[1]基于航姿与磁导航传感器融合的四轮转向AGV路径跟踪研究[D]. 贺坤.江苏大学 2018
[2]基于双目立体视觉三维重建方法的研究[D]. 梁伟涛.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：3300009
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