基于双目立体视觉的重叠柑橘空间定位

果实的精准识别和定位是智能采摘面临的难题之一。基于双目立体视觉，提出了一种针对户外重叠柑橘的三维空间定位方法。首先，从双目左右图像中提取重叠柑橘果实轮廓并进行高斯平滑，通过曲率分析，找出异常的轮廓像素点；其次，依次连接相邻两个异常像素点，分析该线段上的像素点到柑橘轮廓的距离，在相邻两正常线段的交点处完成重叠柑橘轮廓分割，并通过寻找异常线段剔除对应的非柑橘轮廓像素点；再者，采用最小二乘椭圆拟合方法重建柑橘目标轮廓，并获取柑橘的中心；最后，根据双目极线约束和图像相似度，对重叠柑橘中心点进行匹配，并基于视差原理计算柑橘中心的深度值及三维空间坐标，确定重叠柑橘的遮挡关系。户外实验结果表明,所提出的方法定位误差为6.38 mm，满足柑橘采摘机器人户外采摘作业的定位精度要求。     

基于轮廓曲率和距离分析的重叠柑橘分割与重建

自然环境下重叠果实的精准识别是智能采摘面临的难题之一。针对自然环境中成熟的重叠柑橘，提出了一种基于轮廓曲率和距离分析的果实分割方法。首先，提取重叠柑橘果实轮廓并进行高斯平滑，通过曲率分析，找出异常的轮廓像素点；其次，依次连接相邻两个异常像素点，分析该线段上的像素点到轮廓的距离，在相邻两正常线段的交点处完成重叠柑橘轮廓分割，并通过寻找异常线段剔除对应的非柑橘轮廓像素点；在此基础上，采用最小二乘椭圆拟合方法，对获取的柑橘目标进行轮廓重建。结果表明：利用该方法所得到的重叠柑橘重建轮廓的平均误差、不重合度和时间分别为4.903%、5.593%、0.408 s，优于Hough变换算法和RANSAC算法，能够满足自然环境下成熟重叠柑橘果实的智能识别需求。     

基于双目立体视觉的重叠柑橘空间定位

果实的精准识别和定位是智能采摘面临的难题之一。基于双目立体视觉,提出了一种针对户外重叠柑橘的三维空间定位方法。首先,从双目左右图像中提取重叠柑橘果实轮廓并进行高斯平滑,通过曲率分析,找出异常的轮廓像素点;其次,依次连接相邻两个异常像素点,分析该线段上的像素点到柑橘轮廓的距离,在相邻两正常线段的交点处完成重叠柑橘轮廓分割,并通过寻找异常线段剔除对应的非柑橘轮廓像素点;再者,采用最小二乘椭圆拟合方法重建柑橘目标轮廓,并获取柑橘的中心;最后,根据双目极线约束和图像相似度,对重叠柑橘中心点进行匹配,并基于视差原理计算柑橘中心的深度值及三维空间坐标,确定重叠柑橘的遮挡关系。户外实验结果表明,所提出的方法定位误差为6.38 mm,满足柑橘采摘机器人户外采摘作业的定位精度要求。     

柑橘采摘机器人末端执行器夹持机构设计与实验

改进末端执行器的采摘成功率是提高采摘机器人采摘能力的重要手段。由于在相同剪切速度和果柄直径下,采用简支梁的剪切方式比采用悬臂梁剪切方式更容易剪断果柄,而通过夹持机构夹住柑橘再进行剪切能实现简支梁方式剪切果柄,因此可在末端执行器增加夹持机构来提高末端执行器的采摘成功率。通过对柑橘的极限挤压试验,得出柑橘在受压面直径为14.12 mm的条件下,所能承受的极限载荷为14.0 N。据此结果和柑橘相关参数,设计了夹持机构手指,并确定了其对柑橘的最大夹持力不超过102.41 N,同时根据前期研究成果和果柄受力分析,确定夹持机构的最小加持力不得小于3.79 N。由夹持机构运动特点完成控制系统设计,建立夹持机构三维模型并进行有限元分析与验证。制作了夹持机构样机并进行了不同品种柑橘的夹持实验,并将夹持机构安装在末端执行器上,在室外自然条件下进行无夹持机构和有夹持机构的采摘对比实验。实验结果表明,夹持机构可实现对各品种柑橘的无损夹持,增设夹持机构后末端执行器采摘成功率由70%提升至85%,对末端执行器采摘成功率有显著提升,从而提高了采摘机器人的采摘作业能力。     

无遮挡重叠柑橘目标分割与重建

自然环境下重叠果实的精准识别是智能采摘面临的难题之一。本研究针对无遮挡重叠柑橘,提出了一种基于凹区域简化和距离分析的果实分割与重建方法。该方法提取、分割果实轮廓凹区域,对其进行多边形简化,利用角点检测提取多边形顶点,通过分析各顶点到轮廓凸壳曲线的距离确定轮廓分割点,采用最小二乘圆拟合方法对分割后的轮廓进行重建。结果表明,基于凹区域简化和距离分析的无遮挡重叠柑橘重建轮廓的平均误差为3.12%,不重合度为4.55%,时间为0.291 s,优于RANSAC算法和Hough变换算法,能够满足自然环境下无遮挡重叠果实的智能识别需求。