基于機器視覺技術的穴盤苗自動移栽機器人研究.pdf

1、移栽機器人作為育苗工廠化生產的重要設備，在提高育苗工作效率上有著重要意義。本文采用機器視覺技術提取穴盤幼苗的特征參數，判斷適合移栽的幼苗位置，并自動識別缺苗和壞苗；同時設計了合理的試驗樣機，并開發(fā)了上位機控制平臺，與下位機PLC控制器互相通信，實現了機械臂及末端執(zhí)行器的定點移栽作業(yè)。試驗表明，樣機視覺識別系統(tǒng)識別準確率能夠達到97％以上，移栽成功率為95.76％，本研究相關內容可以為移栽機器人的最終研制提供參考和借鑒。主要研究內容如下：

2、
　　 1.建立了適合本研究的機器視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)由試驗光源、CCD攝像頭、計算機及機器視覺軟件組成。
　　 2.建立了適合本研究的試驗樣機。該試驗樣機由輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機器視覺系統(tǒng)、移栽系統(tǒng)四部分組成。
　　 3.完成了基于機器視覺技術的番茄幼苗的特征參數檢測和缺苗壞苗識別系統(tǒng)設計。采用對比度調整方法將穴盤與傳輸帶背景分割；采用圖像相減法ExG-ExR實現幼苗與穴盤背景分割；采用雙固定閾值法提取穴盤框架區(qū)，

3、從而實現對框架基本結構的識別；采用迭代法求圖像最佳分割閾值，獲取二值圖像，提取葉面積參數；通過統(tǒng)計各穴孔區(qū)域葉面顏色參數R、G、B平均值，作為壞苗評估參考依據；通過中心法、型心法與手工提取苗根莖位置比較，選擇型心法提取根莖位置。試驗驗證，該機器視覺系統(tǒng)對于6×12孔穴盤番茄幼苗識別準確率為98.0％，對于8×16孔穴盤幼苗識別準確率為97.8％。
　　 4.研制了移栽機器人的PLC控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由PLC控制器（下位機）、計算機（

4、上位機）、攝像頭、光電傳感器、步進電機、電磁繼電器、限位開關等幾部分組成。上位機軟件控制平臺通過RS-232串口實現和PLC下位機之間的通信，將視覺系統(tǒng)獲取的位置信息傳送至PLC，PLC發(fā)送信息驅動步進電機及電磁繼電器，實現了對機械臂和末端執(zhí)行器的運動控制。步進電機采用升降速曲線控制方法以克服失步和過沖現象。通過對五種不同的移栽路徑方案的比較，并結合機械臂移動距離和換行次數兩因素，選擇了優(yōu)化的路徑方法，減少了移栽時間，提高了工作效率。<

5、br>　　 5.根據穴盤幼苗的特性，開發(fā)了移栽機器人的末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器由步進電機驅動，采用手指式抓取方式。本文對兩種不同機械結構手爪移栽效果進行了試驗比較，試驗表明，采用斜楔杠桿式末端執(zhí)行器具有較好的抓取效果，移栽成功率為95.76％，而采用滑槽凸輪動力盤末端執(zhí)行器，在機械臂移動過程中抖動比較大，使得幼苗脫落，移栽成功率僅為52％。
　　 6.針對本課題應用需求，開發(fā)了上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件采用VisualC