茄子采摘機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別及避障路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著自動(dòng)化和智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人的性能在不斷提升，應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速增加，越來(lái)越多的機(jī)器人被用于日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。蔬菜采摘作業(yè)在蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中所需要的作業(yè)量最多，約占整個(gè)作業(yè)量的40％。采摘作業(yè)的季節(jié)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高，為了解決蔬菜采摘中遇到的問(wèn)題，人們嘗試將機(jī)器人技術(shù)用于蔬菜采摘作業(yè)中。茄子作為我們?nèi)粘＝?jīng)常食用的一種蔬菜，其營(yíng)養(yǎng)豐富，包含很多人體必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如維生素、礦物質(zhì)，食用茄子對(duì)健康十分有益。茄子原產(chǎn)于亞洲熱帶，現(xiàn)在

2、全世界都有分布，以亞洲栽培最多，2014年亞洲產(chǎn)量為世界總產(chǎn)量的93.1％，其中，中國(guó)茄子產(chǎn)量又居亞洲首位，在我國(guó)各地均有栽培，為夏季主要蔬菜之一。茄子采摘機(jī)器人是一種專門用于茄子采摘和收集的智能化設(shè)備，這種機(jī)器人具有感知識(shí)別能力，可以高效的完成茄子采摘等作業(yè)。研發(fā)這種系統(tǒng)可以顯著提高采摘工作效率并降低采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度，且可以確保采摘工作質(zhì)量，降低相關(guān)費(fèi)用支出。因而此方面的研究具有重大現(xiàn)實(shí)意義。此種系統(tǒng)的構(gòu)成較復(fù)雜，其中主要包括視覺識(shí)別系統(tǒng)

3、、感知系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、采摘機(jī)械臂、采摘手、控制系統(tǒng)等多部分組成。本文主要對(duì)茄子采摘機(jī)器人的視覺系統(tǒng)對(duì)采摘目標(biāo)和障礙物的識(shí)別與定位，采摘機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃算法進(jìn)行研究。
　　首先，對(duì)此種機(jī)器人的出現(xiàn)背景做了介紹，接著論述了國(guó)內(nèi)外此方面的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)比分析了同類機(jī)器人在此方面的優(yōu)劣。
　　其次，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的組成單元。其中，采用微軟公司研發(fā)的Kineet傳感器作為視覺傳感器，根據(jù)現(xiàn)代化茄子種植環(huán)境搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在?shí)驗(yàn)時(shí)，首先

4、對(duì)Kinect進(jìn)行標(biāo)定，并確定出目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)械臂坐標(biāo)系下的坐標(biāo);之后通過(guò)中值濾波算法對(duì)視覺系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行降噪處理并通過(guò)聚類算法提取茄子及障礙物輪廓;利用OpenCV的reprojectimageTo3D函數(shù)，計(jì)算出每個(gè)茄子質(zhì)心的三維坐標(biāo)及障礙物邊緣坐標(biāo)，獲取采摘點(diǎn)及障礙物信息。
　　再次，將障礙物等效從工作空間轉(zhuǎn)換到C-空間中，在C-空間中使用改進(jìn)的蟻群算法對(duì)機(jī)械臂避障路徑進(jìn)行規(guī)劃。
　　最后，對(duì)本文研究結(jié)果進(jìn)行實(shí)證分析，