试析基于三维视觉的西红柿采摘机器人技术研究

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1、中国农业大学博士学位论文基于三维视觉的西红柿采摘机器人技术研究姓名：赵金英申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：张铁中20060501捅矍西红柿的采摘是劳动密集型作业。对于家庭种植的、少蠛的采摘作业，人工避可以赢付；但对规模化、工厂他种植的采摘如果还鼹出人工进行豹话，就缀难适应市场发展的需嚣。而且，随羞A墨的老龄纯葶羹农韭劳囊力豹减少，农趣生产袋本也榛疲毽藏，手工采摘会大夫骚甄产燕豹枣场竞争力。因戴，其采摘盼鸯动往燕一个亟待解凌的闼题。襁由于采摘对象的复祭髓帮l工作环境的非结构化，目前国内的采摘自动化科魔仍然很低。本文针对这一问题，对西红

2、柿翻动化采摘中的关键技术_i：挠行了研究，并取得了如下成果：1．基于嵌入式技术搭建了机器人视馓系统的硬件平台和软件平台，井在此平台b奸发了机器入豹双目视觉系统，有效解决了采摘机器人智能承平与成本水平相互利约的闽题。2t赞对辊器入毅窭撬堂系统嚣要经常交接位董，摄豫瓿参羧遣会琏之改变夔黪点，采滔了一种介于传统标定与自标定方法中间的单摄像机标定方法。诧方法不需要昂贵精密的察验设备，操作简便，标窟辣法能多次稳定的使用鼠保证足够的精度。在此基础上，提出一个新的约束等式，Hj以描述两台摄像机之间的位置关系。3．针对直接对自然环境下采集的RGB模式韵彩色图像进行

3、分割比较复杂，而对单通道图像进行分割可以缩短处理酵阅、提高效率这一特点，提出了基予色彩分通道弱果实强拣提取方法。番l瘸该方法藩嚣数耪蚕缳在L+a宰b+联惫窆闽一F进行了试验，缝菜表疆：魏方法莲攀茯速，褥到戆果实目标较清晰准确，可满足图像恁绥处理的需要；该方法稍加修改便可以推广至数色辣椒、樱桃等红色农作物果实的提取，从而提商了机器人的使用率，降低了单位生产成本。4．结合西级柿图像的实际情况，提出了基于重心并辅以搬线约束、唯一性约束和视著梯度约束的图像匹配方法。采用该方法对20缎西红柿图像进行了试验，结果表明：果实蠢遮挡或遮挡靖援不严重融疆鬻误差基本可

4、控砖4在6个像素之内。在圈豫嚣配静基箍上，对强红榜戆特征点进行了深度恢复，获取了摄像撬坐蠡系下特征点静三维坐标，势壤据采摘需要实瑗了摄像撬坐标系与机器人坐标系之闻的转换。5．根据西救柿的生物学特性和栽培方式，遵循机械手选激原则．设计了5DOF荚诲式机器人，并针对作业任务的特点设计了新颖、嶷阁的手部机构：对机器人的运动学、速度进行了分析，实现了运动学方程的芷、反解，求解了德度雅可比矩阵；在关酋空间对机器人构运动鲁丸迹进行了援捌，绘出了矮动鞔迹戆实嚣生产方法；莲子巍入式接零揍建了撬器夫运动控制豹嫒俘平台蟊软件平台，弗在魏平台上实现了辊器入的谴鬟控铡。6

5、．实验室环境下，对机器人系统谶行了整机性能测试，雅粱表明：机器人视觉系统的定位精度经过BP神经网络修正以后绝对误麓研以控制在10mm之内，达到了机器人定位精度的要求；简单情况下的机器人采摘作业试验中，机器人的抓取成功率为72％，工作性能不是{

6、jl理想，需要进一步提高机器人麴运动定位精度。关键词；西颤柿采摘，嵌入式系统，视觉系统，机器人，运动控制AbstractThetaskoftomatopickingishard．Man'aMpickingmaydealwjtllhome-growth．Butitisdifficulttoadaptthenec

7、essaryofmarketdevelopinggrowth．Andasthefarmlaborisagingandfewerpeopleareenteringtheagriculturalindustry，thereisanincreasingtrendoffarmingcostandadecreasingmarketcompetition．Sothereisaveryneedtoresolvethepickingautomatization．Buttheroboticizedlevelofpickingisstillverylownowinho

8、melandbecauseofthecomplicatedobjectandnon-structuralworkingenvironment．Inordertoresolvethoseproblems，thekeytechnologiesfortomatopickingrobotarestudied．Andtheresearchfindingsareasfc’llows：1．Inordertoresolvetheproblemoftheconditionalitybetweenartificialintelligencelevelandcostof

9、pickingrobot,thehardwareandsoftwareplatformsofroboticvisionsy