果蔬收獲機(jī)器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文果蔬收獲機(jī)器人系統(tǒng)的研究姓名：湯修映申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程指導(dǎo)教師：張鐵中20060501A b s t r a c tH a r v e s t i n gr o b o tf o rf r u i ta n d v e g e t a b l ei sao p t i ca n dm e c h a t r o n i cm a c h i n e w h i c h w o r k su n

2、 d e r a l lu n s t r u c t u r e d ，u n c e r t a i n a n d v a r y i n g e n v i r o n m e n t w h i c h c a n n o t b e p r e d e t e r m i n e d ．S t u d y a n dd e v e l o p m e n t o ni n t e l l i g e n t h a r v

3、e s t i n gr o b o tf o rf r u i ta n d v e g e t a b l ei s o f g r e a t b e n e f i tn o t o n l y t ol i b e r a t el a b o r ，t o i m p r o v ep r o d u c t i v i t y ，t oa s s u r eq u a l i qo f f r e s h f r u i

4、t a n d v e g e t a b l e ，a n d t os a t i s f y t h er e a l ·t i m en e e do f c r o pg r o w t h ，b u ta l s ot op r o m o t ed e e p s t u d ya n da p p l i c a t i o no fm a n y r e l a t e df i e l d s ，s u c

5、 ha sm e c h a n i c s ，r o b o tc o n t r o l ，t r a j e c t o r yp l a n n i n g ，m a c h i n ev i s i o n ，s e n s o ra n d i n t e l l i g e n tn a v i g a t i o n S os t u d y o n h a r v e s t i n gr o b o th a si

6、m p o r t m l tp r a c t i c a lm e a n i n g a n d t h e o r yv a l u e ．o nt h eb a s i s o f a n a l y s i so f u p —t o —d a t e r o b o tt e c h n o l o g yf o r h a r v e s t i n gf r u i t a n dv e g e t a b l e ，

7、t a k e nc u c u m b e r a s a n e x a m p l e ，a u t o m a t i c p r o d u c t t e c h n i q u e o f c u c u m b e r i s s t u d i e d c o m p l e t e l y a n ds y s t e m a t i c a l l yf o r t h ef i r s t t i m e ，i

8、n c l u d i n gc u c u m b e rc u l t i v a b l em e t h o d ，r o b o t m e c h a n i c a l d e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，k i n e m a t i c a la n a l y s i s ，t r a j e c t o r yp l a n n i n g ，m a c h i n e v

9、 i s i o na n d r o b o tc o n t r o ls y s t e m a ns oo nT h e m a i n r e s e a r c hf i n d i n g sa r ea s f o l l o w s ：I O n t h eb a s i so f a n a l y s i so f t r a d i t i o n a lc u c u m b e rc u l t i v a

10、t i o ns y s t e ma n dg r o w t hc h a r a c t e r s o fg r e e n h o u s ec u c u m b e r i nC h i n a ，an e w c u l t i v a t i o ns y s t e m - - i n c l i n e dg r i ds y s t e m - - s u i t a b l ef o ra u t o m a

11、t i cp i c k i n gi s p r o v i d e d ．T h i sc u l t i v a t i o n s y s t e m i sh e l p f u l i n r o b o tp i c k i n gb e c a u s e f r u i t o fc u c u m b e ri ss e p a r a t e df r o ml e a v e sa n dv i n e ．A n

12、 da tt h es a m e t i m e ，t h i ss y s t e mi sa l s oh e l p f u lf o rc u c u m b e r t Og e te n o u g h s u n l i g h tw h e n i tg r o w s2 ．Ac u c u m b e r h a r v e s t i n gr o b o t w i t h6d e g r e eo f f r

13、e e d o m ( F V H R - I ) i s d e s i g n e da n d m a n u f a c t u r e di n d e p e n d e n t l y , w h i c h C a nm o t i o na g i l e l y a n dp o s i t i o na c c u r a t e l y ．C o s ti s l o w e rb e c a u s et h

14、i s r o b o ti ss i m p l ei n s t r u c t u r ea n d i s c o n t r o l l e d e a s i l y ．I na d d i t i o n ，a s i m p l ea n d e f f i c i e n te n d —e f f e c t o r i s a l s od e s i g n e da n d m a n u f a c t u

15、r e d ，3 ．K i n e m a t i c a la n a l y s i sf o rh a r v e s t i n gr o b o ti sp r o c e s s e d ．K i n e m a t i c se q u a t i o no f F V H R - Ii sg i v e nu s i n g D —Hm e t h o d ．I n v e r s e k i n e m a t i c

16、 se q u a t i o n o f F V H R —Ii ss t u d ya n d i t ’s i n v e r s es o l u t i o n i so b t a i n e d ．w h i c hp r o v i d et h e o r ys u p p o r tf o rt r a j e c t o r yp l a n n i n ga n dm o t i o nc o n t r o l

17、o fr o b o t ．A n dm o r e o v e r ，ak i n e m a t i c ss i m u l a t i o ns o f t w a r e b a s e dV i s u a lC + + i s d e v e l o p e d ．4 R e s e a r c h o nt r a j e c t o r yp l a n n i n g o f h a r v e s t i n gr

18、 o b o t i s c a r r i e do u t ．T r a j e c t o r yp l a n n i n g a n dr e a l i z a t i o no f j o i n ts p a c eo fF V H R —Ii s c o m p l e t e d ．P r o p o s ean e wa n dr e a s o n a b l ea l g o r i t h mo fr o b

19、 o tt r a j e c t o r yp l a n n i n gf o ra v o i d i n g o b s t a c l et h a ti s b a s e dm a c h i n e v i s i o na n dj o i n t s p a c eo f r o b o t A n dm e a n w h i l e ，n e w c o n c e p t sa r ea l s op r o

20、p o s e d ，s u c ha s o b s t a c l ep r o t e c t i o nc i r c l e ，o b s t a c l ep r o t e c t i o np o i n ta n do b s t a c l ep r o t e c t i o nf i l e d ，T h e r ei sa ni n n o v a t i o ni nt h e o r yo f t 腳e c

21、 t o r yp l a n n i n go f r o b o t ．5 ．S t u d y o nm a c h i n ev i s i o n t e c h n o l o g yi s c a r r i e d o u t ．A a l g o r i t h m o fi m a g es e g m e n tb a s e dGc o m p o n e n to f R G B c o l o rm o d

22、e l i sp r o p o s e da n du s e df o rs e g m e n t p r o c e s s i n go f c u c u m b e r i m a g e s ，a n de x p e r i m e n t r e s u l t ss h o wt h e r e i s 7 0 ％o fs u c c e s s C o m b i n i n gd i f f e r e n t

23、 p r o c e s s i n g m e t h o d ss u c h a sm e d i u mf i l t e r i n g ，d i l a t i o na n de r o s i o n ，n o i s ee l i m i n a t i o no fi m a g eo fc u c u m b e ri s p r o c e s s e d A f t e rr e g i o nl a b e