基于机器视觉的并联式自动采茶机控制系统研究和开发

发布时间：2025-04-18 03:10

　　茶叶有着自身独有的性质,深受人类喜爱。不论是中国古代的丝绸之路,还是近代开辟的新航路,茶一直作为重要的货物,流转到世界各地,珍贵的茶叶被世界青睐。茶叶的采摘消耗了大量的人力、物力以及时间,这些因素都限制了我国茶叶产业更向前进的势头。茶叶的采摘技术需要不断地进行迭代更新,更要区别传统“一个标准”的茶叶收割机械,设计新式的智能采茶机。在本文的研究中,需设计一整套完整的工作运行系统以更高效、协调地实现茶叶嫩芽的采摘工作。采茶机器人设计并应用了结合机器视觉与Delta并联机械的“手—眼”协同操作系统。通过神经网络的机器学习,实现了自适应的无标定视觉伺服,以及对“手”系统中的采摘路径进行了高效且稳定的研究。主要研究内容如下:首先,根据茶叶嫩芽的采摘需求及机器人设计的重要依据,本文设计并研制了并联式自动采茶机的“手—眼”协同控制系统。在“手”单元中设计了机械结构主体——一种四自由度的Delta并联机构,以实现重复性的嫩芽采集工作,针对茶叶的特殊性设计了采摘手,并通过履带机构使机器人得以在田间平稳工作。在“眼”单元中设计了“全局—局部”的摄像机安装方案,通过其中的“脑”单元实现了茶叶图像的数据处理,为...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 农业采摘机械发展背景
        1.2.2 采茶机械发展现状
        1.2.3 并联机器人研究现状
        1.2.4 轨迹优化研究现状
        1.2.5 机器视觉研究现状
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 本章小结
2 采茶机“手—眼”协同系统研究
    2.1 “手—眼”系统的方案设计
    2.2 采茶机“眼”单元设计
        2.2.1 “眼—脑”方案设计
        2.2.2 “眼”单元的摄像头安装及工作设计
    2.3 采茶机“手”单元设计
        2.3.1 采茶机主体结构设计
        2.3.2 采摘手的结构设计
    2.4 采茶机“手—眼”协同工作研究
        2.4.1 “手—眼”协同的背景概述
        2.4.2 “手—眼”协同的算法与实验
    2.5 本章小结
3 采茶机器人无标定视觉伺服系统策略
    3.1 研究背景
        3.1.1 系统采摘过程的设计
        3.1.2 “手”单元的运动学分析
        3.1.3 “手”单元雅克比矩阵分析
    3.2 无标定视觉伺服改进策略
        3.2.1 采茶机无标定视觉伺服系统的设计
        3.2.2 GA—ELM神经网络收敛单元的建立
    3.3 改进的无标定视觉伺服任务函数
    3.4 实验与结果分析
        3.4.1 GA—ELM神经网络收敛单元
        3.4.2 模糊逻辑(FL)单元
    3.5 本章小结
4 基于时间与急动度最优的轨迹规划混合策略
    4.1 轨迹规划研究分析
        4.1.1 Lamé曲线
        4.1.2 模拟采摘轨迹周期
    4.2 速度曲线模型的改进
        4.2.1 多项式曲线模型
        4.2.2 三角急动曲线模型
        4.2.3 改进的调和急动模型
    4.3 轨迹优化
        4.3.1 谐振系数
        4.3.2 适用于采茶特殊性的PSO寻优
    4.4 实验与结果分析
        4.4.1 案例分析
        4.4.2 速度曲线模型的对比分析
        4.4.3 样机平台实验验证
    4.5 本章小结
5 茶叶采摘样机的建立与采摘系统的研究
    5.1 采摘样机硬件构成
    5.2 采摘系统的研究
        5.2.1 “手”单元控制系统
        5.2.2 “眼”单元系统
    5.3 采摘系统介绍
        5.3.1 开始界面
        5.3.2 “手”单元操控
        5.3.3 “眼”单元操作
        5.3.4 视觉伺服控制
    5.4 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间参加的科研项目以及取得的成果



本文编号：4040429