苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法.pdf

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1、第28卷第13期农业工程学报482012年7月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、b1．28No．13Jul．2012苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法吕继东，赵德安※，姬伟，陈玉，沈惠良，张颖(江苏大学电气信息工程学院，镇江212013)摘要：为解决由于果实振荡影响采摘机器人采摘效率的问题，该文研究了苹果采摘机器人在果实振荡状况下的快速采摘方法。首先对振荡果实进行动态连续采集，其次对所采集的图像进行振荡果实识别并提取其二维质心坐标，然后由FFT建模，求取果实的振荡周期，在测得振荡果实的深度距离后，

2、计算出采摘机器人直动关节的行程速度，随即开始采摘，抓取时果实正处于平衡位置。最后通过试验可知，采摘成功率达到84％，对于果实静态状况下采摘速度较快的采摘机器人来说，采摘振荡果实，该研究方法明显优于以往采摘方法，能够显著提高采摘机器人果实采摘的整体速度。此外，该采摘方法简单、通用性好，可满足苹果等类球状果实采摘机器人的需要，对实现其实用化和商品化提供参考。关键词：采摘，机器人，图像处理，振荡周期，快速傅立叶变换doi：lO．3969／j．issn．1002—6819．2012．13．008中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一13—0048—06

3、吕继东，赵德安，姬伟，等．苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法[J]．农业工程学报，2012，28(13)：48—53．LnJidong，ZhaoDe’an，JiWei，eta1．Fastpositioningmethodofappleharvestingrobotforoscillatingfruit【J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgdculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(13)：48—53．(inChinesewithEnglishabstract)0引言目前，在对采

4、摘机器人展开研究的国家中，大部分采摘机器人仍处于实验室研究阶段，尚未进入商品化生产【l。们。究其原因有很多，但归根结底为采摘效率低下，实用化程度不高，无法满足实际采摘作业的切实需要。因此，提高采摘机器人的采摘效率，增强采摘机器人的实用性能为采摘机器人研究的当务之急，对促进采摘机器人的商品化也大有裨益。采摘机器人在进行果实采摘时，首先采摘机器人各模块初始化，其机械臂靠近果树于适合距离；视频摄像头捕捉并获得目标果实的图像信息，图像处理软件进行背景消除、识别定位等，得出目标果实的位置信息：机器人控制计算机驱动机械臂运动，完成果实抓取、果实与果枝分离等采摘动作。然而，在采摘机器人进行果实与果

5、枝分离的过程中，不管采用切断方式还是扭断方式，都会引起果树上其他果实的振荡；另外，自然界风力的作用也会导致果实振荡的发生，从而会使得后续果实的识别定位时间变长，连续采摘间断，进而加长了果实采摘的整体时间，影响采摘机器人的采摘效率。对于上述收稿日期：2011-08．16修订日期：2012-06-04基金项目：国家“863”高新技术发展计j2lI基金(2006AAl07_254)资助项目；教育部博士点基金(20093227120013)资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目；江苏省普通高校研究生科研创新计划(CXT_Z110573)资助项目作者简介：吕继东(1980一)，男，河南驻马

6、店人，博士生，主要研究方向：机器人视觉测量与控制。江苏省镇江市学府路301号江苏大学电气信息工程学院，212013。Email：vveaglew国163．coin※通信作者：赵德安(1956一)，男，江苏常州人，教授，博士生导师，主要研究方向：机器人控制技术，计算机控制应用。江苏省镇江市学府路30l号江苏大学电气信息工程学院，212013。Email：dazhacl国ujsedu．cn采摘机器人在采摘作业过程中出现的果实振荡影响采摘速度导致效率低下的实际问题，本文以自行研制的苹果采摘机器人为试验平台对其进行了探索性专题研究。由于果实振荡时其所在果树枝条，自身果梗硬度的不同，果实振荡时

7、间长短也随之不同，本文只以振荡时间比较长的果实为对象进行研究。首先采集振荡果实动态图像，求其振荡规律，依据振荡规律进行后续状态预估，使得机器人在果实振荡状态下仍然能够进行采摘，以期能够不必等待果实静止，减少采摘时间。1苹果采摘机器人系统构成图l为自行研制的苹果采摘机器人⋯】，机械臂用来升降末端执行器，其中小臂内联电动推杆直动关节可伸长末端执行器，腰部带动机械臂旋转，整体联动实现末端执行器在工作空间中进退任意方向。视觉传感器采用Eye．in．hand安装方式