基于機(jī)器視覺技術(shù)的穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)器人研究.pdf

1、移栽機(jī)器人作為育苗工廠化生產(chǎn)的重要設(shè)備，在提高育苗工作效率上有著重要意義。本文采用機(jī)器視覺技術(shù)提取穴盤幼苗的特征參數(shù)，判斷適合移栽的幼苗位置，并自動(dòng)識(shí)別缺苗和壞苗；同時(shí)設(shè)計(jì)了合理的試驗(yàn)樣機(jī)，并開發(fā)了上位機(jī)控制平臺(tái)，與下位機(jī)PLC控制器互相通信，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂及末端執(zhí)行器的定點(diǎn)移栽作業(yè)。試驗(yàn)表明，樣機(jī)視覺識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率能夠達(dá)到97％以上，移栽成功率為95.76％，本研究相關(guān)內(nèi)容可以為移栽機(jī)器人的最終研制提供參考和借鑒。主要研究?jī)?nèi)容如下：

2、
　　 1.建立了適合本研究的機(jī)器視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)由試驗(yàn)光源、CCD攝像頭、計(jì)算機(jī)及機(jī)器視覺軟件組成。
　　 2.建立了適合本研究的試驗(yàn)樣機(jī)。該試驗(yàn)樣機(jī)由輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)器視覺系統(tǒng)、移栽系統(tǒng)四部分組成。
　　 3.完成了基于機(jī)器視覺技術(shù)的番茄幼苗的特征參數(shù)檢測(cè)和缺苗壞苗識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用對(duì)比度調(diào)整方法將穴盤與傳輸帶背景分割；采用圖像相減法ExG-ExR實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)框架基本結(jié)構(gòu)的識(shí)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(shù)；通過統(tǒng)計(jì)各穴孔區(qū)域葉面顏色參數(shù)R、G、B平均值，作為壞苗評(píng)估參考依據(jù)；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(yàn)驗(yàn)證，該機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)于6×12孔穴盤番茄幼苗識(shí)別準(zhǔn)確率為98.0％，對(duì)于8×16孔穴盤幼苗識(shí)別準(zhǔn)確率為97.8％。
　　 4.研制了移栽機(jī)器人的PLC控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由PLC控制器（下位機(jī)）、計(jì)算機(jī)（

4、上位機(jī)）、攝像頭、光電傳感器、步進(jìn)電機(jī)、電磁繼電器、限位開關(guān)等幾部分組成。上位機(jī)軟件控制平臺(tái)通過RS-232串口實(shí)現(xiàn)和PLC下位機(jī)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(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及電磁繼電器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械臂和末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)采用升降速曲線控制方法以克服失步和過沖現(xiàn)象。通過對(duì)五種不同的移栽路徑方案的比較，并結(jié)合機(jī)械臂移動(dòng)距離和換行次數(shù)兩因素，選擇了優(yōu)化的路徑方法，減少了移栽時(shí)間，提高了工作效率。<

5、br>　　 5.根據(jù)穴盤幼苗的特性，開發(fā)了移栽機(jī)器人的末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用手指式抓取方式。本文對(duì)兩種不同機(jī)械結(jié)構(gòu)手爪移栽效果進(jìn)行了試驗(yàn)比較，試驗(yàn)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(dòng)力盤末端執(zhí)行器，在機(jī)械臂移動(dòng)過程中抖動(dòng)比較大，使得幼苗脫落，移栽成功率僅為52％。
　　 6.針對(duì)本課題應(yīng)用需求，開發(fā)了上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件采用VisualC