基于機器視覺技術(shù)的穴盤苗自動移栽機器人研究.pdf

1、移栽機器人作為育苗工廠化生產(chǎn)的重要設(shè)備，在提高育苗工作效率上有著重要意義。本文采用機器視覺技術(shù)提取穴盤幼苗的特征參數(shù)，判斷適合移栽的幼苗位置，并自動識別缺苗和壞苗；同時設(shè)計了合理的試驗樣機，并開發(fā)了上位機控制平臺，與下位機PLC控制器互相通信，實現(xiàn)了機械臂及末端執(zhí)行器的定點移栽作業(yè)。試驗表明，樣機視覺識別系統(tǒng)識別準確率能夠達到97％以上，移栽成功率為95.76％，本研究相關(guān)內(nèi)容可以為移栽機器人的最終研制提供參考和借鑒。主要研究內(nèi)容如下：

2、
　　 1.建立了適合本研究的機器視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)由試驗光源、CCD攝像頭、計算機及機器視覺軟件組成。
　　 2.建立了適合本研究的試驗樣機。該試驗樣機由輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機器視覺系統(tǒng)、移栽系統(tǒng)四部分組成。
　　 3.完成了基于機器視覺技術(shù)的番茄幼苗的特征參數(shù)檢測和缺苗壞苗識別系統(tǒng)設(shè)計。采用對比度調(diào)整方法將穴盤與傳輸帶背景分割；采用圖像相減法ExG-ExR實現(xiàn)幼苗與穴盤背景分割；采用雙固定閾值法提取穴盤框架區(qū)，

3、從而實現(xiàn)對框架基本結(jié)構(gòu)的識別；采用迭代法求圖像最佳分割閾值，獲取二值圖像，提取葉面積參數(shù)；通過統(tǒng)計各穴孔區(qū)域葉面顏色參數(shù)R、G、B平均值，作為壞苗評估參考依據(jù)；通過中心法、型心法與手工提取苗根莖位置比較，選擇型心法提取根莖位置。試驗驗證，該機器視覺系統(tǒng)對于6×12孔穴盤番茄幼苗識別準確率為98.0％，對于8×16孔穴盤幼苗識別準確率為97.8％。
　　 4.研制了移栽機器人的PLC控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由PLC控制器（下位機）、計算機（

4、上位機）、攝像頭、光電傳感器、步進電機、電磁繼電器、限位開關(guān)等幾部分組成。上位機軟件控制平臺通過RS-232串口實現(xiàn)和PLC下位機之間的通信，將視覺系統(tǒng)獲取的位置信息傳送至PLC，PLC發(fā)送信息驅(qū)動步進電機及電磁繼電器，實現(xiàn)了對機械臂和末端執(zhí)行器的運動控制。步進電機采用升降速曲線控制方法以克服失步和過沖現(xiàn)象。通過對五種不同的移栽路徑方案的比較，并結(jié)合機械臂移動距離和換行次數(shù)兩因素，選擇了優(yōu)化的路徑方法，減少了移栽時間，提高了工作效率。<

5、br>　　 5.根據(jù)穴盤幼苗的特性，開發(fā)了移栽機器人的末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器由步進電機驅(qū)動，采用手指式抓取方式。本文對兩種不同機械結(jié)構(gòu)手爪移栽效果進行了試驗比較，試驗表明，采用斜楔杠桿式末端執(zhí)行器具有較好的抓取效果，移栽成功率為95.76％，而采用滑槽凸輪動力盤末端執(zhí)行器，在機械臂移動過程中抖動比較大，使得幼苗脫落，移栽成功率僅為52％。
　　 6.針對本課題應(yīng)用需求，開發(fā)了上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件采用VisualC