果樹采摘機器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、運動控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。研究果樹采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)，不僅對于適應(yīng)市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效益有著一定的實用價值，而且對于追蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重要的現(xiàn)實意義。本課題在國家“863”高新技術(shù)發(fā)展計劃基金(2006AA10Z254)的支持下，以果樹采摘機器人為研究對象，對采摘機器人建模、控制方法與實時避障算法以及控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計等方面進行了

2、研究。主要工作包括：
　　 1、果樹采摘機器人運動學(xué)建模。通過對該機器人機械結(jié)構(gòu)的分析，建立了攝像機模型和移動平臺模型，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機器人正、逆運動學(xué)方程，為機器人控制奠定理論基礎(chǔ)。
　　 2、基于果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)的特點，對采摘機器人控制方法進行了研究，設(shè)計了基于圖像的視覺伺服控制器，采用小步長逼近的控制算法引導(dǎo)機器人末端執(zhí)行器實現(xiàn)對目標果實的準確定位。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)非線性和強耦合的特點，設(shè)計

3、了模糊PID控制器并將其應(yīng)用在果樹機器人機械臂關(guān)節(jié)的伺服運動控制中。
　　 3、采摘機器人控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)。根據(jù)開放性和實時性的設(shè)計原則，構(gòu)建了開放式果樹采摘機器人控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺。硬件方面主要對組成控制系統(tǒng)的工控機、串行通信接口轉(zhuǎn)換器、關(guān)節(jié)驅(qū)動電機等關(guān)鍵模塊進行了選型，為機器人選取了符合其工作特性的傳感器并設(shè)計了相應(yīng)的信號采集電路，這使機器人具備了圖像獲取、目標定位、對障礙物感知及限位保護的能力，提高了果樹采摘機器人的智

4、能水平和對外界環(huán)境信息的感知能力；軟件方面主要從實時性角度考慮，應(yīng)用VFW技術(shù)實現(xiàn)對目標圖像的實時采集，給出了實時避障搜索算法，以VC++語言為開發(fā)平臺，采用多線程技術(shù)實現(xiàn)了具有串行通信、圖像采集與目標識別、實時避障控制、限位保護等功能的果樹采摘機器人控制系統(tǒng)軟件。
　　 4、對構(gòu)建的果樹采摘機器人樣機實驗平臺進行了實驗室環(huán)境和果園環(huán)境下的采摘作業(yè)試驗。采摘機器人在實驗室環(huán)境下能完成自動連續(xù)采摘，采摘成功率較高，試驗效果良好；在