草莓采摘机器人远-近景组合视觉系统设计
发布时间：2021-11-24 10:56
研发采摘机器人辅助或代替人工采摘,是解决鲜食果蔬人力采摘劳动强度大、效率低以及成本高等客观问题的重要途径,也是智能农机领域的研究热点。我国是鲜食草莓的种植和消费大国,其相对规范的栽培模式和作业环境,为自动化采摘提供了有利条件。草莓果实姿态各异、果柄纤细,采用远景图像信息难以解决准确识别定位采摘切割点的问题,本文研究了远-近景组合定位方法和装置,对末端执行器和采摘视觉定位系统做了创新性设计和应用研究,主要完成的工作及结论如下:（1）为了在草莓采摘和收集过程中减少对草莓果实和植株造成伤害,设计了一种单驱双夹式草莓采摘末端执行器,该末端执行器以气缸为动力源,采用只对果柄进行剪断并夹持的方式,通过对高架栽培的“圣诞红”品种草莓果实以及果柄的力学参数的试验研究,获得末端执行器的设计参数,并加工试制出样机一台,该末端执行器结构简单,尺寸小巧。（2）为了提高草莓采摘的定位精度,提出了一种草莓采摘的远-近景组合定位方法,搭建了草莓采摘机器人视觉定位系统,该系统包括一次远景定位双目视觉系统和二次近景微调视觉系统,在此基础上,结合高架栽培草莓的实际种植环境,分别完成了双目视觉系统和近景微调视觉系统的结构参...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 采摘机器人研究应用进展
1.2.2 采摘末端执行器研究进展
1.2.3 采摘目标视觉定位技术研究
1.3 研究内容和技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 草莓采摘末端执行器设计
2.1 末端执行器总体方案设计
2.1.1 草莓采摘末端执行器要求
2.1.2 末端执行器方案选择
2.1.3 虚拟样机模型
2.2 草莓采摘物理特性参数测量
2.2.1 果实生长状态分析
2.2.2 果实形态参数测量
2.2.3 果柄力学参数测量
2.3 末端执行器设计
2.3.1 夹持行程分析
2.3.2 驱动部件参数设计
2.3.3 果柄夹持力学分析
2.4 设计参数校核
2.4.1 剪切校核
2.4.2 夹持校核
2.5 本章小结
第三章 远-近景组合定位系统搭建
3.1 工况环境及视觉定位过程
3.1.1 温室草莓栽培环境
3.1.2 视觉系统构成及工作过程
3.2 远景双目视觉系统搭建
3.2.1 摄像机和镜头选型
3.2.2 视场区域和作业空间规划
3.2.3 双目视觉工作原理
3.3 近景微调视觉系统搭建
3.3.1 摄像机的选型
3.3.2 近景视觉系统集成
3.4 本章小结
第四章 远-近景组合定位方法研究
4.1 双目视觉系统标定
4.1.1 双目视觉系统介绍
4.1.2 摄像机内部参数标定
4.1.3 双目视觉结构参数标定
4.2 眼手坐标转化标定
4.2.1 远景摄像机坐标转化标定
4.2.2 近景摄像机坐标转化标定
4.3 采摘切割点坐标计算
4.3.1 采摘点的图像识别
4.3.2 采摘点的坐标计算
4.4 近景补偿定位控制
4.5 本章小结
第五章 视觉系统试验与分析
5.1 草莓采摘试验样机介绍
5.1.1 草莓采摘样机整体结构
5.1.2 草莓采摘样机工作原理
5.2 远-近景组合定位试验
5.2.1 定位精度试验
5.2.2 定位精度评价试验
5.2.3 重复定位精度试验
5.3 采摘末端执行器评价试验
5.3.1 末端执行器容差性试验
5.3.2 末端执行器采摘试验
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片形态测量方法[J]. 冯青春,陈建,李翠玲,范鹏飞,王秀. 农业机械学报. 2018(05)
[2]夹剪一体的荔枝采摘末端执行器设计与性能试验[J]. 陈燕,蒋志林,李嘉威,王佳盛,刘威威,邹湘军. 农业机械学报. 2018(01)
[3]中国农业信息技术发展回顾及展望[J]. 赵春江,杨信廷,李斌,李明,闫华. 农学学报. 2018(01)
[4]高架草莓采摘机器人系统研究[J]. 李长勇,房爱青,谭红,陈雪丽. 机械设计与制造. 2017(06)
[5]高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验[J]. 耿雷,郭艳玲,王海滨. 农业机械学报. 2016(03)
[6]基于视觉伺服的草莓采摘机器人果实定位方法[J]. 王粮局,张立博,段运红,张铁中. 农业工程学报. 2015(22)
[7]草莓采摘末端执行器摘取接触力控制仿真[J]. 张建宝,王家忠,李娜. 江苏农业科学. 2015(10)
[8]基于视觉伺服的樱桃番茄果串对靶测量方法[J]. 冯青春,赵春江,王晓楠,王秀,贡亮,刘成良. 农业工程学报. 2015(16)
[9]一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手设计[J]. 李娜,王家忠,张建宝,姜海勇,刘江涛. 河北农业大学学报. 2015(01)
[10]机器人在温室中的应用研究[J]. 赵洲,朱新华,何颖,贺欢欢,郑豪,汪鑫,安冬洁. 农机化研究. 2015(01)
博士论文
[1]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
[2]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
[3]番茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D]. 梁喜凤.浙江大学 2004
硕士论文
[1]移动机器人开锁作业的视觉定位与末端执行器设计[D]. 徐旭.哈尔滨工业大学 2017
[2]苹果采摘机器人末端执行器无损主动抓取技术研究[D]. 唐伟.江苏大学 2017
[3]柑橘采摘机器人末端执行器设计与研究[D]. 付舜.重庆理工大学 2017
[4]基于双目立体视觉的水果识别与定位的研究[D]. 宋西平.天津职业技术师范大学 2016
[5]一种多用途采摘机器人末端执行器的设计与研究[D]. 居洪玲.南京农业大学 2010
[6]双目立体视觉中图像匹配算法的研究[D]. 王月梅.西安电子科技大学 2009
[7]摄像机标定及相关技术研究[D]. 邹凤娇.四川大学 2005
[8]草莓收获机器人采摘系统研究[D]. 陈利兵.中国农业大学 2005
本文编号：3515835
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 采摘机器人研究应用进展
1.2.2 采摘末端执行器研究进展
1.2.3 采摘目标视觉定位技术研究
1.3 研究内容和技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 草莓采摘末端执行器设计
2.1 末端执行器总体方案设计
2.1.1 草莓采摘末端执行器要求
2.1.2 末端执行器方案选择
2.1.3 虚拟样机模型
2.2 草莓采摘物理特性参数测量
2.2.1 果实生长状态分析
2.2.2 果实形态参数测量
2.2.3 果柄力学参数测量
2.3 末端执行器设计
2.3.1 夹持行程分析
2.3.2 驱动部件参数设计
2.3.3 果柄夹持力学分析
2.4 设计参数校核
2.4.1 剪切校核
2.4.2 夹持校核
2.5 本章小结
第三章 远-近景组合定位系统搭建
3.1 工况环境及视觉定位过程
3.1.1 温室草莓栽培环境
3.1.2 视觉系统构成及工作过程
3.2 远景双目视觉系统搭建
3.2.1 摄像机和镜头选型
3.2.2 视场区域和作业空间规划
3.2.3 双目视觉工作原理
3.3 近景微调视觉系统搭建
3.3.1 摄像机的选型
3.3.2 近景视觉系统集成
3.4 本章小结
第四章 远-近景组合定位方法研究
4.1 双目视觉系统标定
4.1.1 双目视觉系统介绍
4.1.2 摄像机内部参数标定
4.1.3 双目视觉结构参数标定
4.2 眼手坐标转化标定
4.2.1 远景摄像机坐标转化标定
4.2.2 近景摄像机坐标转化标定
4.3 采摘切割点坐标计算
4.3.1 采摘点的图像识别
4.3.2 采摘点的坐标计算
4.4 近景补偿定位控制
4.5 本章小结
第五章 视觉系统试验与分析
5.1 草莓采摘试验样机介绍
5.1.1 草莓采摘样机整体结构
5.1.2 草莓采摘样机工作原理
5.2 远-近景组合定位试验
5.2.1 定位精度试验
5.2.2 定位精度评价试验
5.2.3 重复定位精度试验
5.3 采摘末端执行器评价试验
5.3.1 末端执行器容差性试验
5.3.2 末端执行器采摘试验
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片形态测量方法[J]. 冯青春,陈建,李翠玲,范鹏飞,王秀. 农业机械学报. 2018(05)
[2]夹剪一体的荔枝采摘末端执行器设计与性能试验[J]. 陈燕,蒋志林,李嘉威,王佳盛,刘威威,邹湘军. 农业机械学报. 2018(01)
[3]中国农业信息技术发展回顾及展望[J]. 赵春江,杨信廷,李斌,李明,闫华. 农学学报. 2018(01)
[4]高架草莓采摘机器人系统研究[J]. 李长勇,房爱青,谭红,陈雪丽. 机械设计与制造. 2017(06)
[5]高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验[J]. 耿雷,郭艳玲,王海滨. 农业机械学报. 2016(03)
[6]基于视觉伺服的草莓采摘机器人果实定位方法[J]. 王粮局,张立博,段运红,张铁中. 农业工程学报. 2015(22)
[7]草莓采摘末端执行器摘取接触力控制仿真[J]. 张建宝,王家忠,李娜. 江苏农业科学. 2015(10)
[8]基于视觉伺服的樱桃番茄果串对靶测量方法[J]. 冯青春,赵春江,王晓楠,王秀,贡亮,刘成良. 农业工程学报. 2015(16)
[9]一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手设计[J]. 李娜,王家忠,张建宝,姜海勇,刘江涛. 河北农业大学学报. 2015(01)
[10]机器人在温室中的应用研究[J]. 赵洲,朱新华,何颖,贺欢欢,郑豪,汪鑫,安冬洁. 农机化研究. 2015(01)
博士论文
[1]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
[2]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
[3]番茄收获机械手机构分析与优化设计研究[D]. 梁喜凤.浙江大学 2004
硕士论文
[1]移动机器人开锁作业的视觉定位与末端执行器设计[D]. 徐旭.哈尔滨工业大学 2017
[2]苹果采摘机器人末端执行器无损主动抓取技术研究[D]. 唐伟.江苏大学 2017
[3]柑橘采摘机器人末端执行器设计与研究[D]. 付舜.重庆理工大学 2017
[4]基于双目立体视觉的水果识别与定位的研究[D]. 宋西平.天津职业技术师范大学 2016
[5]一种多用途采摘机器人末端执行器的设计与研究[D]. 居洪玲.南京农业大学 2010
[6]双目立体视觉中图像匹配算法的研究[D]. 王月梅.西安电子科技大学 2009
[7]摄像机标定及相关技术研究[D]. 邹凤娇.四川大学 2005
[8]草莓收获机器人采摘系统研究[D]. 陈利兵.中国农业大学 2005
本文编号：3515835
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