排球运动规划在采摘机器人识别与定位中的应用

在排球比赛过程中,扣球是得分最关键的动作之一,为了得到合适位置出手点、角度和力度等优化数据,可以采用排球机器人训练的方法,通过植入人工智能算法,对扣球过程中的数据进行采集,最后通过运动规划使扣球动作达到最佳姿态。排球机器人运动规划方案可以移植到采摘机器人的智能化训练上,加快对果实信息采集和处理效率,从而更快地捕捉到果实目标,对路径规划做出响应,对于提高采摘机器人定位和识别能力具有重要的意义。为了验证方案的可行性,对基于排球机器人运动规划系统的采摘机器人定位识别功能进行了测试,结果表明:采摘机器人可以成功定位和识别果实,且响应速度较快、误差较小,可以满足采摘机器人定位识别功能的设计需求。     

基于排球机器人运动规划的农机案例学习决策系统

利用排球机器人进行运动规划,可以模拟人类球员通过经验积累而采取相应动作的行为学习模式,采取案例学习的方式解决球的初始状态微小变化,如发球速度和角度变化时的运动规划问题。如果将排球机器人运动规划方法使用在农机决策系统中,通过案例学习训练可以使农机进行自主作业。为了验证方案的可行性,以采摘机器人的设计为例,将排球机器人运动规划系统引入到了机器人的定位识别系统的设计上,并采用小波神经网络算法对案例库进行训练,以获得较高的学习精度。对采摘机器人定位识别系统进行了测试,结果表明:采用案例学习和小波神经网络算法,可以使采摘机器人定位识别系统具有较高的响应速度和识别精度,满足采摘机器人自主作业的设计需求。     

协同关系下多媒体运动与采摘机器人匹配设计研究

基于编码器的采摘机器人控制方法主要是通过机器视觉技术划分各机械臂的作业区间,利用编码器完成多机械臂的协同作业,此方法对图像边缘提取过程中模糊区域的边缘提取效果较差,导致采摘效率低。为此,提出协同关系下多媒体运动与采摘机器人匹配控制方法,将多媒体运动与采摘机器人图像边缘检测相匹配,采用梯度算法,通过滤波、增强、检测和定位等过程实现采摘机器人采摘目标的精确定位。在此基础上,采用基于约束的采摘机器人运动控制算法,通过采摘机器人双臂运动中位置、姿态及各关节速度间的约束关系,实现采摘机器人精确的双臂协同运动。实验表明:所提方法的图像识别和定位准确率平均值分别为98.35%和98.44%,采摘时间与其他两种方法相比分别降低12.07s和16.48s,说明此方法具有较高的识别精度和采摘效率。     

视觉传感器在采摘机器人目标果实识别系统中的应用

目标果实的识别和定位是准确采摘的核心,是采摘作业的必要条件。为此,首先从硬件和软件两方面对采摘机器人总体框架进行了介绍,然后搭建了双目视觉系统,并建立了摄像机标定模型,最后实现了对目标果实的识别和定位功能。试验结果表明:采摘机器人目标果实识别系统对目标果实的识别定位误差在8mm以内,成功采摘率在96%以上,系统精度高,采摘效果良好,能够满足采摘机器人的作业要求,对实现水果采摘的自动化、无人化具有重要现实意义。     

一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计

为了提高葡萄采摘机器人自主导航能力,增强对葡萄成熟度的准确识别功能,降低漏采率和误采率,设计了一种新式的基于RSSI自主导航和颜色特征提取的葡萄采摘机器人。该机器人使用RSSI定位技术,首先对装有无线传感器的葡萄树进行定位,然后利用机器视觉系统对葡萄的成熟度进行判断,并对满足采摘条件的葡萄使用机械手进行采摘。对葡萄采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:机器人对装有传感器的葡萄树的准确识别率达到了95%以上,对葡萄成熟度的判断达到了98%以上,是一种相对高效的葡萄采摘机器人。     

温室草莓采摘机器人设计与试验

为实现温室草莓采摘机械化和自动化,设计并制作一种应用于日光温室的草莓采摘机器人。该机器人能实现自主路径规划,行走过程中识别成熟草莓并完成采摘。设计以ROS分布式计算系为主控制网络,以激光雷达进行移动机器人的地图构建与定位,双目深度相机实现对成熟草莓的识别和定位,搭载柔性仿生夹爪6自由度机械臂实现目标草莓抓取和放置。设计机器人软件平台,使用改进A*算法实现自主路径规划和导航避障;利用R-FCN目标检测网络和双目视觉技术实现成熟草莓检测及定位。结果表明：该草莓采摘机器人可实现目标检测及定位,检测到的草莓坐标与机器人手爪坐标的误差在4 mm以下,成熟草莓识别率为95%,满足采摘要求。     

基于VUE的智能采摘机器人前端开发框架研究

以智能采摘自动识别定位方式为研究对象,对葡萄自动采摘前端的图像采集和分析处理过程进行分析,利用VUE自底向上逐层构建的方式,设计一种能够对目标进行自动识别定位的智能采摘机器人识别定位算法。采用高清相机对采摘目标图像进行采集,将原始图像进行二值化处理,获取图像灰度等级,并采用葡萄图像分割的方式获取葡萄采摘点,最后通过最小角度拟合的方式确定葡萄果梗采摘点。试验结果表明:智能采摘机器人前端识别定位方法平均运行成功率高于90%,平均运行时间0.65s,能够快速准确地进行采摘对象识别定位,可为智能采摘机器人技术的推广提供理论基础。     

果实成熟度识别机器人设计——基于近红外线信号处理

为了提高采摘机器人自动识别果实成熟度的智能化水平,提高果实识别的准确性,实现机器人自主定位和自动规划路径能力,设计了一种新的自动化采摘机器人。该机器人利用图像分割技术和近红外信号处理技术,实现了果实成熟度的自动定位和判别。对采摘机器人的性能进行了测试,包括苹果图像的分割和提取、果实成熟度的判断和机器人路径规划。通过测试发现:机器人可以在复杂采摘背景下准确地识别苹果果实,并可以通过红外线探测实现果实成熟度的判别,最终规划出来合理的采摘路径,实现果实的精准采摘,为果蔬采摘机器人的研究提供了较有价值的参考。     

基于篮球运动的果实采摘机器人控制系统研制

水果和蔬菜质地柔软且形状各异,机械化收获的难度较大。控制系统作为采摘机器人的核心,对作业效率有着决定性的影响。篮球运动是集体竞技项目,对运动员的目标锁定和路线规划能力要求较高,将篮球运动的决策原理引入到采摘机器人上,可以改善机器人的控制性能。为此,基于篮球运动的决策原理,研制了果实采摘机器人的控制系统,具有目标识别、路线规划和自主避障3种控制功能,可以准确地识别目标果实。在系统的控制下,采摘机器人获得了很高的作业效率,还能够自主规划行走路线和规避障碍,具有很高的智能化水平。     

采摘机器人运动目标逼近方法研究——基于分裂迭代和模糊算法

为了解决采摘机器人作业过程中果实振荡造成目标识别不准确的问题,提出了一种针对运动果实的帧间差分法的扰动识别方法,并在帧间差分方法中引入了分裂迭代和模糊控制算法,实现了帧间差分背景图像的分离和子图像的有效聚类。依据该识别方法,对采摘机器人的目标逼近方法进行了改进,从而得到了更加准确的目标空间位置获取方法。为了验证该方法对运动果实目标逼近的有效性,采用虚拟仿真和机器人样机试验相结合的方法,进行了运动果实空间坐标获取和果实采摘试验。结果表明:采用分裂迭代模糊聚类的帧间差分方法,可以有效地对运动目标进行识别,识别误差较低,获得的位置坐标较为准确,可以满足果实采摘机器人的设计需求。     

采摘机器人移动果实目标跟踪研究——基于云存储和无线传感器网络

提高采摘机器人对运动目标的定位能力是提高机器人采摘精度的重要途径,但对于运动果实目标的跟踪和识别需要实时处理大量的图像数据。为有效处理并利用无线传感器实时采集待采摘果实图像,提出了一种基于Hadoop云平台的图像并行处理方案。为了验证方案的可行性,设计了具有运动图像采集和无线传感网络传输功能的采摘机器人,并搭建了基于云存储并行计算的图像抓取平台,利用无线传感器采集的果实图像资源作为原始数据集,对运动待采摘目标进行了图像识别。实验结果表明:采用该方案可以成功地获取运动果实的位置信息,且采摘机器人成功采摘率较高,对于高精度采摘机器人的设计研究具有重要的意义。     

苹果采摘机器人目标识别与定位方法研究

【目的】在算力资源有限的嵌入式设备上对目标苹果进行快速、准确的识别与定位。【方法】研究小组对采摘机器人的目标识别与定位方法进行研究,以YOLOv4网络模型为基础,对YOLOv4进行轻量化改进,使用MobileNet V3作为特征提取的主干网络,减少模型的计算量,并结合ZED双目相机与定位算法在嵌入式平台上进行实验。【结果】实验表明：1）在目标识别方面,改进后模型的平均检测精度为87.32%,模型的大小为53.76 MB,较改进前降低了79%。2）采用ZED相机结合测距算法进行了苹果目标定位实验,ZED双目相机的测距误差可控制在0.02 m以内,同时改进的YOLOv4算法的平均检测速度在15FPS左右。【结论】改进后的YOLOv4网络模型更适合部署在算力有限的嵌入式设备中进行苹果采摘任务,且能够满足苹果采摘任务的实时性要求。因此,该方法可以为苹果采摘机器人的识别与定位提供技术参考。     

基于YOLOv3算法与3D视觉的农业采摘机器人目标识别与定位研究

为解决目前农业采摘机器人目标难以识别与定位的问题,在原有农业采摘机器人的基础上,提出一种改进YOLOv3算法和3D视觉技术相结合的方法,实现目标的准确识别和精准定位,并利用标定完成目标坐标系和机器人坐标系的转换。通过试验分析改进YOLOv3算法的性能,并与之前的YOLOv3算法、Fast RCNN算法和Faster RCNN算法进行综合比较,研究表明所采用的改进YOLOv3算法和3D视觉具有较高的识别准确度和定位精度,识别准确率分别提高55%、9%、1.4%,最大定位误差分别降低0.69、0.44、0.28 mm,可以较好地完成后续采摘工作,对于农业机器人的发展具有重要的参考价值。     

基于多跳无线网络和机器视觉的新式采摘机器人设计

针对农田作业环境下传感器定位节点的数量较多、覆盖范围要求广及农作物作业场地很多都没有局域网覆盖的问题,提出一种面向多跳无线网络的采摘机器人节点定位方法,并将其应用在待采摘区域的精确定位上,从而提高了采摘机器人定位和目标识别的整体性能,降低了采摘机器人总体的能源损耗。在新式采摘机器人的设计过程中,采用无线多跳网络通过多个无线路由对接收的定位数据进行转发,其部署简单,可以使定位节点进行周期性的休眠,能源消耗低,从而保证了采摘机器人能源的供应;采用机器视觉辅助目标果实定位识别系统,实现了待采摘果实的准确定位。对采摘机器人多跳无线网络定位系统进行了抗干扰能力测试,结果表明:噪声干扰的环境下,采摘机器人依然具有较好的通信能力,可以对待采摘区域实现较为精确定位。     

基于激光视觉的智能识别苹果采摘机器人设计

为了提高苹果采摘视觉识别系统的精度,增强视觉系统的抗干扰能力和自适应能力,设计了一种新的苹果采摘机器人激光视觉识别系统,可以直接获得层次关系的深度图像,实现了果园非结构化环境中果实的识别与定位。为了测试激光识别系统苹果采摘机器人的采摘效果,在果园中对其采摘性能进行了测试:首先采用高清相机完成了对果实图像的采集,通过图像处理准确地实现了苹果的识别,在遮挡率低于50%时其识别率达到了90%以上;然后利用激光测距方法对苹果进行距离测量,成功定位了果实位置,其响应时间仅为3.58s,动作效率快,实现了苹果的高效率、高精度采摘功能。     

采摘机器人视觉图像检测应用研究——基于篮球动作捕捉的多媒体数据库系统

采用篮球动作捕捉系统可以实时地对比赛视频进行分析,通过动作捕捉,得到优秀运动员的投篮动作技术特征;但是篮球比赛属于较高强度的对抗性比赛,其移动速度较高,因此捕捉系统需要有较高的精度。将高精度的动作捕捉系统应用在采摘机器人视觉系统设计中,可以有效提高采摘机器人对果实的识别精度,从而提高作业的自动化程度。为了验证方案的可行性,对采摘机器人的视觉系统进行了测试,并以夜间采摘环境为例,对采集的图像进行了平滑和增强处理,成功提取到了果实的边缘特征图像。对采摘机器人视觉系统的目标识别率和定位能力进行了测试,测试结果表明:目标识别率和定位准确率都较高,满足高精度采摘作业的需求。     

高架栽培草莓采摘机器人系统设计

为了提高草莓采收自动化水平,针对高架栽培草莓设计了自动采摘机器人系统,其采用无线遥控和语音提示相结合的人机交互方式,可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。该系统采用机器视觉和声纳测距相结合的方式实现了自主导航,通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位,由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用果实吸附、果柄夹持和电热切割的方式对果实进行柔性操作。针对系统控制方案,制定了采摘机器人系统作业流程,并对机械臂末端运动路径节点和时间节拍进行规划,防止与周围环境发生运动干涉,保证机器人作业效率。试验结果表明,草莓采摘机器人系统末端定位平均误差小于2.2mm,单次采摘作业平均耗时10.99s。     

基于KVM的新一代采摘机器人设计研究

针对采摘机器人在果蔬采摘时不能准确识别和精准采摘方面的问题,基于KVM技术对新一代采摘机器人进行了设计和研究。该采摘机器人的主要组成部分为硬件系统和软件系统。对采摘机器人的软件系统进行设计,包括采用静态和动态的果蔬识别方式、采用PID控制算法进行自动导航、采用人工势场的方法进行采摘时的避障,保证了果蔬的准确识别和精准采摘。为了验证采摘机器人的采摘性能,采用识别定位和采摘试验进行验证。结果表明:采摘机器人的识别和采摘性能良好,可以满足农户对于采摘机器人的性能要求。     

基于足球机器人控制系统的采摘结构运动系统构建分析

为进一步提升农业采摘机器人运动控制系统的准确性与平稳性,引入足球机器人控制系统的控制原理,结合农业机械采摘的结构运动控制要求,针对采摘结构的运动系统进行了构建分析。在深入理解采摘结构的运动系统原理和主要采摘部件构成的基础上,建立了基于足球机器人控制系统下的采摘运动理论模型,并对其硬件结构系统进行搭建、软件控制系统进行优化,从而进行采摘试验。试验结果表明:采摘试验时间控制在1.50～2.50min范围时,综合漏采率可控制在1.20%以下,且最小的综合漏采率可以降低至0.95%,采摘成功率可达到93%以上,验证了将足球机器人控制系统机理应用于采摘结构运动系统的可行性与平稳性。     

基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的智能化控制水平和自主导航能力,改善机器人的应用限制和使用性能,提出了一种基于单片机和GPS的采摘机器人自主导航方法,克服了采摘机器人导航方式的缺点,显著提高了导航定位的效率和精度。该方法利用GPS实时接收卫星发射的时间、经纬度和高度等信息,通过RS232发送给单片机;单片机对GPS发送数据进行处理,得到控制所需的时间和位置等信息,通过与机器人所处的位置进行比较,调整机器人的姿态,实现路径的智能化追踪和规划。在实验日光温室内对采摘机器人的自主导航性能进行了测试,结果表明:利用单片机和GPS定位可以较为精确地对采摘目标路径进行跟踪,可以使机器人沿着既定路径移动,控制的精度较高,误差较小。