黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究

发布时间：2025-04-11 04:02

　　在果蔬生产过程中,采摘工作费时费力,劳动力需求较大,生产成本较高。随着人口老龄化以及城镇化的发展,农业劳动力日渐匮乏,采摘工作所需成本大幅度增长。目前,我国农业生产向着智能化、精准化、多样化、规模化的方向发展,研究智能化程度较高的农业机械装备和农业机器人可以有效解决农业劳动力不足、生产成本增加、工作效率低等问题,还能够改善工作环境,避免长时间工作以及农药、化肥的使用等对人体的损伤,具有现实意义。本文以品种为“吉杂4号”的黄瓜为研讨对象,在对黄瓜的物理特性了解和分析后,制作了4自由度黄瓜采摘机械手样机,并对目标果实的抓取特征点空间坐标值的获取和采摘机械手的总体控制系统进行了开发研究。主要研究内容及结果如下:（1）根据实际采摘环境对黄瓜采摘机械手的整体机械结构进行设计,主要包括:设计并制作4自由度机械臂,该机械臂的运动既灵活又稳定;设计制作摄像机支架,使摄像机跟随机械臂的腰关节运动,获得当前实时画面;根据黄瓜的物理特性对末端执行器进行了设计制造,根据黄瓜果实长度和黄瓜果柄长度之间的关系,将果实的抓取特征点设定在距离黄瓜果实顶端的1/4处,切割刀片距手指垂直距离为5.2 cm,实验表明该末端执...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 农业采摘机器人国内外研究现状
        1.2.1 农业机器人概述
        1.2.2 农业采摘机器人研究现状
        1.2.3 采摘机器人视觉系统研究现状
        1.2.4 存在的问题
    1.3 本文的主要研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本章小结
第2章 黄瓜采摘机械手的整体结构设计
    2.1 引言
    2.2 机械臂的结构设计
        2.2.1 机械臂的设计基础
        2.2.2 黄瓜采摘机械臂的总体结构设计
    2.3 摄像机支架的设计与安放
        2.3.1 摄像机的选定与介绍
        2.3.2 摄像机支架的设计
    2.4 机械手末端执行器的设计
        2.4.1 采摘切割刀片摆放位置的确定
        2.4.2 末端执行器整体结构设计
    2.5 采摘机械手的试验样机
    2.6 本章小结
第3章 图像处理及特征点空间坐标的获取
    3.1 引言
    3.2 黄瓜图像的获取与处理
        3.2.1 黄瓜的颜色特征
        3.2.2 目标果实及其抓取特征点的像素坐标值获取
    3.3 抓取特征点空间坐标值获取原理及方法
        3.3.1 特征点空间坐标的获取原理
        3.3.2 特征点空间坐标获取方法及流程
        3.3.3 深度距离的获取及分析
    3.4 本章小结
第4章 采摘机械手识别与控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 采摘机械手控制系统总体设计方案
    4.3 总体控制系统的硬件设计
        4.3.1 工控机
        4.3.2 运动控制卡及端子排
        4.3.3 伺服元件的使用
        4.3.4 末端执行器控制系统硬件
    4.4 总体控制系统的软件设计
        4.4.1 图像处理及特征点获取的软件设计
        4.4.2 机械臂控制程序界面的编写
        4.4.3 下位机程序的设计
    4.5 本章小结
第5章 采摘机械手定位与采摘的实验及分析
    5.1 引言
    5.2 机械臂性能测试实验
    5.3 特征点空间坐标值获取实验及分析
    5.4 模拟采摘实验
        5.4.1 实验目的
        5.4.2 实验所用材料
        5.4.3 实验的方法
        5.4.4 实验步骤
        5.4.5 实验结果与分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间学术成果
致谢



本文编号：4039477