穴盤苗移栽機器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、育苗移栽技術(shù)具有諸多優(yōu)越性，國內(nèi)移栽基本以手工移栽和半自動移栽機為主，勞動強度大、效率低。移栽機器人的應(yīng)用對改善作業(yè)者的勞動條件、提高作業(yè)效率、解決因勞動力不足帶來的問題，提高我國移栽自動化水平具有非常重要的意義。本研究針對目前我國移栽機械中存在的問題和技術(shù)難點，綜合運用機械設(shè)計、圖像處理、自動控制等技術(shù)對移栽機器人中的穴盤苗識別與定位、自動取苗和穴盤自動輸送定位裝置等關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)采用

2、Pro/Engineer進行移栽機械臂三維設(shè)計，采用D-H方法建立移栽機械臂運動學(xué)方程，對移栽機械臂運動學(xué)的正逆問題進行求解;采用蒙特卡洛法計算移栽機械臂的工作空間，并在MATLAB中進行運動學(xué)仿真，驗證了移栽機械臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性;針對移栽作業(yè)過程進行了任務(wù)規(guī)劃和軌跡規(guī)劃研究。
　　(2)在ADAMS中建立移栽機械臂虛擬樣機，對移栽作業(yè)過程進行了仿真分析，可以直觀地觀察仿真過程中機械臂各個桿件的運動情況，得到了機械臂在移栽作業(yè)過

3、程中的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)角速度、關(guān)節(jié)角加速度及轉(zhuǎn)矩隨時間的變化關(guān)系，進一步驗證了模型參數(shù)設(shè)計的合理性，為移栽機械臂的研制和控制提供理論基礎(chǔ)。
　　(3)搭建了移栽機器人機器視覺平臺，完成了基于機器視覺的番茄穴盤幼苗識別與定位研究。發(fā)現(xiàn)對于番茄穴盤幼苗圖像采用1.8G-1.5R-1.8B灰度化因子處理，經(jīng)Otsu法分割效果最好。分割后的番茄穴盤幼苗圖像中存在散落在幼苗葉片之外的孤立噪聲，比較了數(shù)學(xué)形態(tài)法與單連通區(qū)域統(tǒng)計法的去噪效果，結(jié)果

4、顯示，后者具有更好的去噪效果。去噪后的圖像采用單連通區(qū)域法統(tǒng)計幼苗葉片面積具有較高的精度。研究了移栽抓取點的定位方法，提出針對不同苗期的穴盤苗可分別采用形心法與中心法計算移栽抓取點的位置。經(jīng)試驗驗證，該機器視覺系統(tǒng)對于番茄穴盤幼苗平均識別率為98.16％，平均識別時間為0.6688s。
　　(4)構(gòu)建了基于交流同步伺服電機，以同步帶機構(gòu)驅(qū)動穴盤運動的穴盤自動輸送定位裝置。通過位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，在對永磁同步伺服電機、機械傳動機構(gòu)

5、分別建模的基礎(chǔ)上，完成了整個位置控制系統(tǒng)的建模。穴盤輸送裝置位置控制系統(tǒng)采用三環(huán)PID控制策略，進行了三環(huán)PID控制參數(shù)的設(shè)計整定，提出了基于模糊PID控制的穴盤苗移栽機器人穴盤輸送位置控制策略，通過仿真實驗驗證了算法的有效性。
　　(5)構(gòu)建了基于PC+運動控制器的開放式移栽機器人控制系統(tǒng)，該方式具有較高的靈活性，并且性能穩(wěn)定，能夠滿足移栽機器人快速實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和控制實時性的要求。
　　(6)提出穴盤輸送裝置位置控制

6、混合閉環(huán)控制方案，利用固高GTS-800-PV運動控制器、安川伺服電機、光電編碼器等部件搭建了穴盤輸送裝置位置控制系統(tǒng)。在研制的穴盤輸送裝置上進行性能試驗，在穴盤輸送過程中定位誤差絕對值小于0.12mm，相對誤差在0.2％范圍以內(nèi)，具有良好的位置控制性能。
　　(7)針對傳統(tǒng)移栽機末端執(zhí)行器大多采用氣缸或機械裝置作為動力源，存在沖擊大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，設(shè)計了一種以步進電機為驅(qū)動源的變形滑針式末端執(zhí)行器。通過調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)動速度、