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本文首先综合论述了农业机器人的发展现状,并重点阐述了采摘机器人的发展情况,针对国内草莓采摘机器人发展所存在问题,设计一个草莓采摘机器方案,其结构包括视觉系统,3自由度的采摘机械手、末端执行器,运动控制系统和移动系统等部分。重点研究了机器人的视觉系统和末端执行器的相关技术。
该机器人视觉系统的作用是应用双目视觉技术测量草莓空间位置信息。双目视觉技术的首要任务就是将草莓从图像中识别出来,所提出利用成熟草莓轮廓信息进行Hough变换的成熟草莓识别算法,以圆近似果实形状,计算简单,果实图像重心寻找准确,由于先进行了区域标记获取有效图像区域中进行,大大减少了计算量,加快了处理速度,无论是单个分离的成熟草莓,还是相互遮掩、互相紧靠,或是被枝叶遮挡的草莓,只要成熟草莓图像轮廓信息丢失小于1/2时,该方法都能够很好的将成熟草莓识别出来,平均识别相对偏差为4.8%,该方法的提出是草莓识别技术的重要突破,为了加快识别速度,提出一种新的草莓图像分割算法,该方法是在RGB彩色模型中直接进行得,无须彩色模型变换,分割效果较好,与Lab模型下的分割相比运算量得到了减小;在此基础上采用了双目视觉系统实现草莓空间位置信息测量,其中采用了一种简单而可靠的的摄像机标定方法,该方法只需人辅助拍摄几幅模板图片即可实现自动标定,试验表明:该视觉系统800mm左右距离的测量误差为16.32mm。
另外,根据草莓物理特性,设计了一个末端执行器,该末端执行器由吸盘、刀片和机械手指三部分组成,与传统剪刀式的末端执行器相比,该末端执行器能自动切断草莓果梗,无须检测果梗采摘点,避免了检测果梗采摘点的技术难点。