農(nóng)業(yè)采摘機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、目前國內(nèi)水果的采摘仍然以人工為主，一方面增加了果園的勞動成本，降低了水果采摘效率;另一方面，隨著人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動人員短缺也是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的問題。本文主要以蘋果的采摘為例，對蘋果采摘機器人進行分析和研究，以期通過農(nóng)業(yè)的機械化和自動化提高果園勞動效率，降低勞動成本。
　　首先，通過對國內(nèi)外采摘機器人研究成果的分析，結(jié)合蘋果的形狀以及采摘環(huán)境的特點，對蘋果采摘機器人的硬件系統(tǒng)進行改進型設(shè)計，將采摘機器人的硬件結(jié)構(gòu)劃分成視覺采集

2、系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊、交流伺服系統(tǒng)模塊和控制模塊，并且分別對每個模塊的硬件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析和研究;其次，針對果園環(huán)境復雜，果實和障礙物難以定位的特點，通過三目視覺系統(tǒng)，獲取三幅圖像，同時對這三幅圖像進行分析和處理，通過對這三幅圖像的像素進行分析，建立相對應的像素關(guān)系，從而確定果實或障礙物到攝像機之間的距離。通過三目視覺系統(tǒng)來提高果實、障礙物定位的精確度;最后，針對農(nóng)業(yè)采摘機器人路徑規(guī)劃中W-空間（Workspace）運

3、動軌跡難以保證機械手運動的所有路徑都在工作范圍內(nèi)等問題。將園林中的蘋果和樹干等障礙物抽象成為點和線段，采用C-空間(Configuration Space)來進行機械手避障路徑規(guī)劃設(shè)計，在C-空間算法中，采用一個罰函數(shù)來定義障礙，隨著障礙之間的距離不斷增大，使得罰函數(shù)的值很快下降，并且通過將每個障礙的罰函數(shù)值加在一起，作為整條路徑的罰函數(shù)值。C-空間算法由于加入了最短路徑和障礙距離的概念，實現(xiàn)路徑優(yōu)化。
　　本文所設(shè)計的農(nóng)業(yè)采摘機