采摘機(jī)械手障礙信息探測(cè)及避障技術(shù)研究.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力成本的迅速上升，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的匱乏將成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家共同面對(duì)的問(wèn)題。目前機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用研究越來(lái)越成為熱門(mén)課題，與工業(yè)機(jī)器人特定的工作環(huán)境不同，農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要在自然場(chǎng)景下工作，要面對(duì)更為復(fù)雜多變的情況，有更多的問(wèn)題需要解決。
　　 本研究作為果實(shí)采摘機(jī)器人研究的一部分，研究自然場(chǎng)景下障礙物(樹(shù)枝)的探測(cè)方法及避障技術(shù)，為未來(lái)開(kāi)發(fā)收獲機(jī)器人采摘果實(shí)進(jìn)行前期的準(zhǔn)備工作，這部分相關(guān)的研

2、究也是水果收獲機(jī)器人實(shí)用化的關(guān)鍵。
　　 本研究的主要內(nèi)容和方法如下：
　　 1、超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)
　　 為解決傳感器信息不確定問(wèn)題，自行研究設(shè)計(jì)了超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)。本文利用8位單片機(jī)STC12LE4052作為傳感器的控制、數(shù)據(jù)采集及處理單元，設(shè)計(jì)了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路，編寫(xiě)了測(cè)距系統(tǒng)的程序，并進(jìn)行了測(cè)距實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)具有體積小，集成度高，測(cè)量誤差小，精度高等優(yōu)點(diǎn)，適宜作為

3、采摘機(jī)械手障礙距離的探測(cè)。
　　 2、障礙物探測(cè)
　　 為保持算法的可執(zhí)行性，障礙物檢測(cè)采用對(duì)圖像2R-G-B和2G-R-B色差分量值進(jìn)行迭代，并結(jié)合圖像灰度閾值法快速有效地分割出圖像樹(shù)枝區(qū)域，通過(guò)圖像二值化、形態(tài)學(xué)運(yùn)算、區(qū)域標(biāo)記、空洞填充提取出圖像樹(shù)枝區(qū)域；通過(guò)區(qū)域細(xì)線化提取樹(shù)枝骨架，并進(jìn)行骨架修剪、恢復(fù)遮擋骨架等處理；然后找出骨架中端點(diǎn)、分支點(diǎn)等特征點(diǎn)并記錄它們的連接關(guān)系；最后通過(guò)對(duì)視覺(jué)傳感器和超聲波測(cè)距傳感器信息的

4、融合恢復(fù)障礙物的三維信息。試驗(yàn)表明障礙物的正確識(shí)別率為67.3％，當(dāng)障礙物實(shí)際距離大于1.5m時(shí)，識(shí)別誤差增大。
　　 3、避障技術(shù)研究
　　 在獲取障礙物三維信息的基礎(chǔ)上，重建虛擬采摘場(chǎng)景。在此基礎(chǔ)上采用SBL-PRM算法進(jìn)行了避障技術(shù)研究。分析了避障規(guī)劃的各參數(shù)對(duì)規(guī)劃成功率及規(guī)劃時(shí)間的影響。當(dāng)S=3000，ρ=0.6，ε=0.03，N=10時(shí)，規(guī)劃采摘無(wú)遮擋柑橘的時(shí)間低于1ms，規(guī)劃采摘被遮擋柑橘的時(shí)間約為60ms，