基于機器視覺的氣動采摘機器人研究.pdf

1、自動化生產(chǎn)加工是必然趨勢，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然也不例外，我國政府早已確定了科教興農(nóng)的戰(zhàn)略，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及自動化設備，提高生產(chǎn)效率、降低勞動成本是未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。水果種植業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著舉足輕重的地位，而我國的水果采摘幾乎全部依靠人力勞動實現(xiàn)，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口老齡化的加快，農(nóng)業(yè)勞動力將出現(xiàn)嚴重短缺現(xiàn)象，從而導致水果生產(chǎn)成本的提高，因此農(nóng)業(yè)水果產(chǎn)業(yè)想要長足發(fā)展，提高勞動效率，實現(xiàn)水果采摘自動化成為迫在眉睫的問題。目前農(nóng)業(yè)采摘機

2、器人還處于研究階段，離商品化與實用化還有一段較長的路要走，基于這些原因，開發(fā)出一種高效率、低成本的基于機器視覺的農(nóng)業(yè)采摘機器人具有著長遠意義。
　　本文中設計了一種基于機器視覺的氣動采摘機器人，它由具有4個自由度的機械手、雙目立體視覺系統(tǒng)和氣動比例控制系統(tǒng)組成。針對這種采摘機器人，本文開展了如下的具體研究工作：
　　首先，根據(jù)農(nóng)業(yè)采摘的特點以及實際要求，設計了一個以氣壓傳動為基本傳動機構的氣動采摘機器人，使用UG軟件完成了具

3、有4個自由度機械手的三維建模工作，并利用AutoCAD軟件繪制了機械加工二維圖紙。此外，還設計了氣動采摘機器人的控制系統(tǒng)整體方案以及氣壓驅動系統(tǒng)，并且完成了相關元件，如擺動氣缸、直線氣缸、比例方向閥、氣源處理單元等的選型設計。
　　其次，使用D-H方法建立了氣動采摘機器人的連桿坐標系，并對它進行了運動學建模和分析，得到了氣動采摘機器人的運動學正解與逆解以及雅克比矩陣，并且利用Matlab軟件和UG軟件對機器人進行了簡單軌跡規(guī)劃與運

4、動學仿真。
　　然后，在雙目立體視覺的基本原理的基礎上研究了在實驗室環(huán)境下果實的識別和定位方法，提出了一種基于果實形心特征匹配的果實識別定位方法，并為氣動采摘機器人搭建了雙目立體視覺系統(tǒng)，并且編寫了雙目立體視覺軟件程序。
　　再后，使用拉格朗日方法建立了機械手的動力學模型，并利用AMESim軟件搭建了相應的氣壓驅動系統(tǒng)的仿真模型，研究了普通PID控制算法與模糊自適應 PID控制算法，并通過 AMESim軟件與Simulink