试析果蔬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果蔬收获机器人系统的研究姓名：汤修映申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：张铁中20060501摘要果蔬收获机器人属丁一类工作于非结构的、不确定的未知可变环境中的典型的复杂光机电一体化产品。研究和开发智能型果蔬收获机器人不仅有利于解放劳动力、提高劳动生产率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质，满足作物生长的实时性要求，而且还可以赢接促进机械结构、机器人控制、轨迹规划、机器视觉、传感器、智能导航等众多相关领域技术的深入研究和应用，具有重要的现实意义和理论研究价值。本文在全面分析国内外果蔬收获机器人研究进展的

2、基础上，以黄瓜为具体的研究对象，从黄瓜栽培模式、黄瓜收获机器人机械本体研制、机器人运动学分析及轨迹规划、机器人视觉以及机器人控制系统开发等方面入手，首次针对黄瓜的自动化生产技术进行了比较全面而系统的研究。主要研究成果如下：1．在分析传统的黄瓜栽培模式基础上，结合我国温室黄瓜的生长特性，提出了一种新的适于机器人自动化采摘的斜栅网架式黄瓜栽培模式。该模式有利于瓜秧生长期间占据互不干涉的空间位置，适于机器入的自动化采收；同时斜栅网架模式还利于保证充足的阳光照射，有利于果实的生长。2独立研制开发了一台运动姿态灵活、定位精度较高、易于控制、成本

3、较低的六自由度黄瓜收获机器人：独立研制了一套结构简单、效率高、工作可靠的末端执行器装置。3，对收获机器人进行了运动学分析。将著名的D．H空间机构描述法运用于收获机器人的运动学分析，构建了FVHR-I收获机器人的连秆坐标系及连杆参数，建立了FVHR．1收获机器人运动学方程。研究了机器人逆运动学问题，求出了FVHR．I收获机器人关节坐标逆解，为机器人进一步的轨迹规划及运动控制提供了理论基础。此外，还开发了基于Visualc++的收获机器人运动学仿真分析软件。4．对收获机器人轨迹规划问题进行了研究。研究了FVHR-I收获机器人基于关节空间的

4、轨迹规划及其实现问题。提出了一种新的基于机器视觉和关节空间的合理可行的收获机器人避碰轨迹规划方法，并在描述该算法实现过程的同时，提出了障碍保护圆、障碍保护点、障碍保护场等概念，在机器人轨迹规划理论方面具有重要的创新和突破，同时也有较高的实际应用价值。5对收获机器人视觉技术进行了研究。提出了一种基于RGB三基色模型G分量的图像分割算法，并对黄瓜果实图像进行了实验验证，结果表明该算法的分割成功率达到70％。把中值滤波、膨胀和腐蚀等多种算法相结合，对黄瓜二值化图像进行了噪声去除处理。对黄瓜果实图像进行区域标记及特征提取，并在此基础上针对FV

5、HR—I收获机器人末端执行器的结构特点，成功确定出黄瓜果实的采摘点。6．引入开放式控制思想，构建了基于Pc和DSP运动控制净的多处理器开放式控制系统，进行了FVHR-I收获机器人硬件接口设计，成功地编制了可实现FVHR．I收获机器人控制系统初始化、机器人坐标系设定、机器人运动学计算(正、逆解及其仿真)、关节空间轨迹规划、插补运动以及超程限位等功能的软件模块程序。关键词：收获机器人，黄瓜，运动学分析，轨迹规划，图像处理，开放式控制系统．I．AbstractHarvestingrobotforfruitandvegetableisaopt

6、icandmechatronicmachinewhichworksunderallunstructured，uncertainandvaryingenvironmentwhichcannotbepredetermined．Studyanddevelopmentonintelligentharvestingrobotforfruitandvegetableisofgreatbenefitnotonlytoliberatelabor，toimproveproductivity，toassurequaliqoffreshfruitandve

7、getable，andtosatisfythereal·timeneedofcropgrowth，butalsotopromotedeepstudyandapplicationofmanyrelatedfields，suchasmechanics，robotcontrol，trajectoryplanning，machinevision，sensorandintelligentnavigationSostudyonharvestingrobothasimportmltpracticalmeaningandtheoryvalue．ont

8、hebasisofanalysisofup—to—daterobottechnologyforharvestingfruitandvegetable，takencucumberasanexample，automaticp