大学毕业论文-—基于图像处理的番茄采摘机器人的设计.doc

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1、青岛农业大学毕业论文（设计）题目:基于图像处理的番茄采摘机器人的设计姓名：学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：2010.02学号：20102378指导教师：李娟2014年06月16日目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1研究的背景及意义11.2国外研究现状11.3国内研究现状21.4主要研究内容32采摘机器人硬件系统设计52.1系统整体方案设计52.2双目立体摄像机的选型72.3图像处理核心芯片的选型72.4下位机控制器选型与电路设计132.5采摘机械手自由度的降维方案和驱动设计182.6滑台限位和采摘

2、手接触检测和设计203双目视觉定位模型及摄像机参数标定223.1双目视觉定位模型223.2摄像机标定方法243.3标定结果及分析264图像采集和预处理294.1图像采集294.2图像裁剪和二值化处理294.3图像滤波处理314.4番茄果实边缘检测与轮廓提取324.5图像显示调试方法设计345番茄果实的特征点和形心参数的提取355.1番茄果实圆周上特征点获取的方法设计355.2计算番茄果实的圆心和半径的方法设计356立体匹配和三维坐标计算376.1立体匹配376.2番茄果实的空间三维坐标的计算377上下位机通讯与下位机采摘

3、设计397.1上位机与下位机串行通讯协议设计397.2上位机与下位机串行通讯寄存器配置397.3上位机和下位机串行通讯程序407.4下位机对番茄果实定位和采摘418软件开发环境配置428.1CCS开发环境配置428.2IAR开发环境配置459样机试验和总结479.1采摘机器人样机试验479.2总结和展望49参考文献51致谢54附录55附录1基于OPENCV的张正友标定算法程序（部分）55附录2DSP的主程序和图像采集程序（部分）58附录3图像裁剪程序61附录4图像阈值分割程序62附录5中值滤波程序63附录6索贝尔边缘检测

4、程序64附录7番茄果实圆周上特征点获取的程序（部分）65附录8计算番茄果实的圆心和半径的算法（部分）67附录9番茄果实的空间三维坐标定位的算法（部分）69附录10上位机TMS320DM642的串行通讯寄存器配置及串行通讯程序73附录11下位机MSP430F149的串行通讯程序76附录12下位机对番茄果实定位和采摘的算法（部分）78基于图像处理的番茄采摘机器人的设计摘要目前的番茄采摘基本上都是依赖于人工作业而导致劳动力成本高、劳动强度大，而现有的采摘机器人的研究基本上都是停留在理论层面，而极个别物化的成果都是基于计算机，从

5、而导致系统体积过大、功耗高和成本高。为解决以上问题，本文提出并开发了一套基于DSP的番茄采摘机器人。本文的主要设计内容包括基于DSP的采摘机器人系统的方案设计、各个硬件电路的设计、以及基于汇编语言、C语言和VC++三种编程语言的软件设计。本文的主要贡献为：（1）提出利用DSP代替计算机实现番茄图像的采集、处理和果实的空间三维定位，并进行了验证；（2）提出一种采摘机械手降维的方法，解决了机器人建模复杂且实现困难的问题，并结合三维滑台实现并完成了对空间中番茄的准确抓取和采摘的功能。试验表明，本文研发的系统能够实现对番茄果实的

6、准确定位和采摘，具有操作简单、体积小巧、功耗低、性价比高等优点。本系统的研发对于提高番茄的采摘效率，减少劳动力、降低农民的劳动强度和采摘成本具有重要的实际意义，也为精准农业的发展提供了一种新的思路和方法。关键字：番茄采摘；图像处理；DSP；双目立体视觉IIDesignofTomatoPickingRobotBasedonImageProcessingAbstractAtpresent,thetomatoharvestworkmostlydependsontheartificialoperation,whichcauses

7、theproblemsofhigh-cost,highlaborintensityetc.Butnow,theresearchofpickingrobotmainlyfocusesonthetheoreticalresearch.Fewmaterializedproductions,whichusethecomputerasthecontroller,havethecharacteristicsofbig-systemvolume,highpower-consumption,andhighcostetc.Tosolvet

8、heaboveproblems,thispaperdesignsatomatopickingrobotbasedontheDSP.ThemaindesigncontentsofthispaperincludetheschemedesignofrobotpickingrobotbasedonDSP,thehardwar