【摘 要】
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本论文拟将实现对水果采摘为目标,重点开展水果感知、采摘位置空间感知及采摘机器人的采摘控制方法研究。研究工作实现水果采摘机器人的现代化、智能化,对我国农业现代化发展具有一定的学术研究价值。具体研究内容包括:⑴研究水果感知方法。针对农业动态非结构环境下,由于光照、表皮泛青色等情况,导致目标特征信息错误甚至缺失、感知效果较差的问题,提出一种基于小波变换与Otsu阈值去噪的目标感知方法。首先,基于颜色模型
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本论文拟将实现对水果采摘为目标,重点开展水果感知、采摘位置空间感知及采摘机器人的采摘控制方法研究。研究工作实现水果采摘机器人的现代化、智能化,对我国农业现代化发展具有一定的学术研究价值。具体研究内容包括:⑴研究水果感知方法。针对农业动态非结构环境下,由于光照、表皮泛青色等情况,导致目标特征信息错误甚至缺失、感知效果较差的问题,提出一种基于小波变换与Otsu阈值去噪的目标感知方法。首先,基于颜色模型分析,选取符合水果图像特征分析的颜色模型;其次,引入小波变换方法对适合颜色分量的水果图像进行特征提取,并选择包含水果图像主要特征的小波变换子图像;然后,利用FCM聚类算法对小波变换子图像进行分割;最后采用基于Otsu阈值的图像去噪方法,解决已分割的目标区域仍存在噪声干扰的问题。目标感知方法对泛青色和橙色脐橙感知率分别为87.10%和94.18%,顺光和逆光情况下脐橙感知率分别为92.96%和90.15%,遮挡和未遮挡情况下脐橙感知率分别为90.82%和93.18%,总感知率为92.07%,方法环境适应性强,适用于农业环境下不同遮挡、光照和表皮颜色情况的脐橙图像感知处理。⑵研究水果采摘位置感知方法。针对农业动态非结构环境下,水果采摘位置的空间坐标信息容易受到光照、遮挡等因素影响而产生噪声的问题,提出一种基于仿生运动的采摘位置感知方法。首先,采用质心补圆法确定水果在二维图像中的坐标信息;然后,以坐标转换的方式确定水果的三维空间坐标;最后,以控制采摘机器人各机构旋转角度信号为实施手段,引入仿生学理论对水果采摘位置方法进行分析,实现基于仿生运动的采摘位置感知。在位移误差和标准差的允许范围内,基于仿生运动与控制的采摘位置感知时间为0.33s,感知准确率为95%。⑶研究采摘机器人采摘控制方法。针对农业动态非结构环境中水果采摘需求,提出一种基于Fmincon法与比例-微分（Proportional–Differential,PD）角度信号的采摘控制方法。首先,基于Solidworks、Adams与MATLAB/Simulink工具箱搭建采摘机器人仿真模型平台;其次,建立三维仿真模型及其数学分析模型;然后,利用Fmincon法求解以角度值为控制量的非线性方程,得到采摘机器人各机构最优化的旋转角度;最后,设计优化PD的采摘机构旋转角度信号控制方法。采摘机构末端测量点相对于目标点的直线距离的位移误差平均值为6.00608mm,标准差为1.0408286,实现农业动态非结构环境下采摘机器人对水果的自主采摘。
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