黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究

《黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：S225.92单位代码：10183研究生学号：2015452037密级：公开吉林大学硕士学位论文黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究ResearchonthePositioningandPickingofCucumberPickingRobot作者姓名：李永强专业：农业生物环境与能源工程研究方向：设施农业数字化技术指导教师：肖英奎教授培养单位：生物与农业工程学院2018年6月黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究ResearchonthePositioningandPickingofCucumberPick

2、ingRobot作者姓名：李永强专业名称：农业生物环境与能源工程指导教师：肖英奎教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月5日未经论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成

3、果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体。，均己在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。？学位论文作者签名：曰期：义１＆年６月摘要摘要黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究在果蔬生产过程中，采摘工作费时费力，劳动力需求较大，生产成本较高。随着人口老龄化以及城镇化的发展，农业劳动力日渐匮乏，采摘工作所需成本大幅度增长。目前，我国农业生产向着智能化、精准化、多样化、规模化的方向发

4、展，研究智能化程度较高的农业机械装备和农业机器人可以有效解决农业劳动力不足、生产成本增加、工作效率低等问题，还能够改善工作环境，避免长时间工作以及农药、化肥的使用等对人体的损伤，具有现实意义。本文以品种为“吉杂4号”的黄瓜为研讨对象，在对黄瓜的物理特性了解和分析后，制作了4自由度黄瓜采摘机械手样机，并对目标果实的抓取特征点空间坐标值的获取和采摘机械手的总体控制系统进行了开发研究。主要研究内容及结果如下：(1)根据实际采摘环境对黄瓜采摘机械手的整体机械结构进行设计，主要包括：设计并制作4自由度机械臂，该

5、机械臂的运动既灵活又稳定；设计制作摄像机支架，使摄像机跟随机械臂的腰关节运动，获得当前实时画面；根据黄瓜的物理特性对末端执行器进行了设计制造，根据黄瓜果实长度和黄瓜果柄长度之间的关系，将果实的抓取特征点设定在距离黄瓜果实顶端的1/4处，切割刀片距手指垂直距离为5.2cm，实验表明该末端执行器的切割成功率达到95%，验证了该设计方法的可行性。(2)对如何通过图像处理获得特征点空间坐标值进行了研究。通过对比常用颜色模型，设定HSV颜色模型中的H和S分量阈值，将目标果实分割出来。应用MATLAB处理分割后的

6、彩色图像得到目标果实的最小外接矩形，标记出形心像素坐标并转换为特征点对应的像素坐标值。针对黄瓜果实的识别情况对20组样本进行了实验，识别成功率达到80%，并且得到的坐标值在Y方向的误差可以满足采摘条件。介绍了特征点空间坐标值的获取方法和原理。针对Kinect传感器获得的深度距离进行误差实验，在20组样本数据中，误差的范围基本在0～2mm之间。由实验验证：获取的深度值产生的误差对实际摘取结果产生的I吉林大学硕士学位论文影响较小。(3)针对采摘机械手识别与控制系统的设计进行研究。针对机械臂的总体传动方式，

7、选择了合适的驱动器和驱动结构。设计了基于PCI总线控制的采摘机械臂控制系统、基于KinectforWindowsSDK和MATLAB开发的特征点识别与获取系统以及基于STC89C52单片机开发的下位机控制系统。对这三部分进行了硬件和软件的设计与开发，设计制作了伺服控制电路、末端执行器控制电路、图像处理界面以及机械臂的控制界面等，初步完成了控制系统的软件与硬件的开发。(4)针对设计的采摘机械手样机，在实验室条件下，进行了黄瓜的定位与采摘模拟实验。首先，对机械臂的性能进行测试实验。实验表明：机械臂具备较好

8、的位置控制精度和速度控制精度，能够满足机械臂的运动要求。其次，在实验室条件下进行了特征点空间坐标值误差的模拟实验。实验表明：图像处理获得的特征点空间坐标值与实际测量的空间坐标值之间在Y轴方向上产生的误差主要集中在3mm～5mm之间，在Z轴方向上产生的误差主要集中在2mm～5mm之间，两个方向产生的误差不会对采摘产生较大的影响，可以满足抓取要求。该模拟实验从原理上验证了采用的特征点空间坐标值获取方法的可行性。最后，在实验室搭建的模拟采摘环境下对机械臂和末端