试析草莓收获机器人系统的研究

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1、中国农业大学博士学位论文草莓收获机器人系统的研究姓名：徐丽明申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：张铁中20060501摘要我国的草莓种植范罔儿乎覆盖全国，种植面积居世界之首。但草莓生产仍采片j手工作业，尤其是收获作业，收获期长，劳动强度大，严重制约草莓的产业化发展。本课题以“童子一号”草莓为对象，进行了较深入的系统研究．主要研究成果如下：1．通过调查分析，确定“童子一号”草莓的品种特性、形状特性(最人直径、底部宽度、顶部宽度、果实长度、果实厚度、花萼高度、果实晟大直径到顶部的距离和果柄直径)、着果特性、果实重最以及果柄翦切力

2、与果柄直径的关系，确定草莓果柄剪切力与果柄直径呈相关关系，关系式为Y=16．635x+9．7689，二者呈显著相关。这些数据给草莓收获机器人提供了设计依据。2设计的4自由度的龙f]式草莓收获机器人可以跨行收获草莓，适合于垄作草莓，解决了在较窄垄沟收获草莓难度大的问题，设计结构简单，控制方便，具有新意。上、下位机的二级控制方式使系统容易控制，系统运行稳定性为93．8％，系统判定收获的准确率为91．6％，手爪抓取成功率为89．1％，手爪定位的精确度为4-1．5ram，果柄切断率为95．1％，果柄切断位置距离花萼12．9mm，收获速度为9，3

3、9s／枚。3为模拟自然条件，检测不同光照强度对草莓果实颜色特征的影响，设计制作了一个内壁为白色的封闭光照箱，通过调节智能镇流器的电流，获得不同的光照强度，由此来获取不同光照强度F不同成熟度草莓的图像。通过分析得到如r结论：(1)光照强度在121537901x之间对不同成熟度草莓的颜色特征值以及a{、H、s的频度影响不火。(2)用R、a丰和a矿十b聿2三个指标可以很好地区分出浅红、鲜红和深红=种成熟度的草莓；用B、bs、H和s可以将浅红草莓与其他两种草莓分离出来；用R．B可以分离鲜红草莓与其他两种草莓；G、R_G、L幸和I不能区分三种成熟

4、度的草莓。(3)在H_00_300的区问内，草莓的H频度从浅红至H深红的规律性较强，频度依次降低；在S=30％一40％之间，浅红、深红和鲜红草莓的S频度曲线山现峰值，并从左向右峰值逐渐降低。因此，可以用H、s频度来区分草莓的成熟度。4将获得图像的草莓进行理化指标的测定，首次分析丁不同成熟度草莓颜色特征值与理化值之间的相关关系，将草莓的颜色特性与理化指标进行了有机的结合。得出如下结论：草莓的a；值与其可溶性固形物、果实硬度、维生素C和花青素的相关性显著，S值与总酸量的相关性显著。其中，维生素C和a+的相关性最高，其次是花青素与a+、总酸量

5、与S、果实便度与a+以及可溶性固形物与a+。因此，a*值与草莓理化指标最相关。5通过实地调查分析，“童子一号”草莓在全部着色后颜色为浅红，随后经鲜红变为深红，确定深红，勾最佳成熟期。本课题首次采用草莓红色的深浅程度代替着色面积来判断其成熟度，解决了“童子～号”草莓难以用传统行业标准判断其成熟度的问题。建立的基于遗传算法草莓成熟度神经网络系统，可以通过草莓的H频度区分出草莓果实红色的深浅，商接判断其成熟度，简单方便，实现草莓成熟度的无损检测。采用遗传算法设计神经网络系统，缩短了．网络训练时间，系统判定准确率为91．7％，判断每枚草莓的时问

6、为160ms。关键词：草莓收获，机器人，成熟度，遗传算法，人上神经网络ABSTRACRThestrawberryplantingcoversalmostthewholeourcountry,theplantingareaisthelargestalllheworld．Buttheproductionofstrawberryisstillmanualwork，especiallytheharvestingoperationwithlongharvestandgreatlaborintension，restrictingthestrawbe

7、rryindustrializationgreatly,Using‘'Tong。zi—yi-hao”strawberry,thestrawberryharvestingrobotsystemhasbeenconductedin—depth．Themainresearchresultsarefollowing：1．Byinvestigationandanalysisinthestrawberryproductionbase．the“Tong—zi—yi，hao”strawberry’scharacteristicsaleconfirmed

8、，coveringvarietypeculiarity,shapespecialty(thelargestdiameter,bottomwidth，topwidth，fruitlength，fruitthi