基于光学导航的采摘机器人系统设计及定位方法研究

为了提高采摘机器人的定位导航精度,将光学导航方法引入到了采摘机器人控制系统的设计上,通过激光扫描和机器视觉相结合的方法,提高了采摘机器人的作业质量和作业效率。在进行定位时,首先由激光扫描方法对采摘机器人进行定位,得到全局坐标中的位置,然后利用机器视觉系统得到采摘机器人和待采摘目标果实的距离,对果实精确定位后进行采摘。采摘测试结果表明:采用光学导航系统可以准确完成果实目标的定位,可有效提高采摘机器人的采摘精度和采摘效率。     

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。     

采摘机器人位置校正方法研究——基于无线传感网络和超带宽调频方法

超带宽雷达是新近出现的一种高分辨率雷达,当信号带宽和其发射中心频率的比大于0.25时,就被称作超带宽,带宽越大,雷达对目标的分辨能力越高。超带宽雷达具有高分辩能力,如果将其使用在采摘机器人定位导航系统中,可以有效地提高采摘机器人的定位导航精度和效率。为此,提出了一种基于无线传感网络和超带宽调频技术的采摘机器人位置校正方法,并以实际采摘环境作为研究对象,对采摘机器人的位置校正过程进行了测试。测试结果表明:采用超带宽调频无线传感网络方法,定位校正精度要高于传统的定位算法,且定位效率高,对于新型自动化采摘作业机器人的研究具有重要的指导意义。     

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。     

基于机器视觉的采摘机器人果实三维模型重构与识别

为了提高采摘机器人果实定位和识别的准确性,在采摘机器人机器视觉系统的设计上引入了果实三维重构方法,利用二维采集图像信息的处理,通过坐标转换关系,实现了三维模型的构建。为了验证三维模型重构对机器视觉果实识别准确性的提高作用,模拟青椒夜间作业的采摘环境,对不采用三维重构和采用三维重构技术两种情况下的果实识别准确率进行了对比,结果表明:采用三维重构技术可以明显提高果实的定位识别准确率,对于采摘机器人机器视觉系统的优化具有重要的意义。     

采摘机器人智能化控制系统设计研究 —基于嵌入式系统和物联网

近年来,采摘机器人被逐渐地投入到农业生产过程中,受作业环境复杂性及本身控制系统的精度影响,采摘机器人的作业效率和质量很难到达预期的设计要求。为了提高采摘机器人的控制精度和智能化程度,将嵌入式系统和物联网引入到了采摘机器人控制系统的设计上,并采用无线传感网络实现机器人和远程端的通信,利用三边测量定位提高其定位精度。为了验证方法的可靠性,以西红柿采摘作为实验环境,对采摘机器人的响应速度、定位精度以及果实的采摘质量分别进行了测试,结果表明:采用嵌入式系统和物联网设计采摘机器人的控制系统,采摘机器人具有较高的响应速度和定位精度,果实的采摘质量较高,可以满足果实智能化采摘的设计需求。     

采摘机器人自动导航系统设计——基于计算机智能算法和机器视觉

机器视觉系统对于采摘机器人的研发至关重要,其性能直接影响机器人的自动导航水平和果实的定位与识别能力,要实现采摘机器人从研发到生产,首先要设计智能化机器视觉系统。为此,在采摘机器人导航机器视觉系统的设计上,引入了计算机处理系统和智能PID控制算法。采用计算机处理系统后,机器人具有更加强大的图像处理能力和控制编程能力,加上智能控制算法的引入,定位导航更加准确,为采摘机器人自动导航系统的设计提供了技术支持。     

嵌入式采摘机器人视觉测量与避障控制系统研究

采摘机器人拥有自主收集信息并进行有效判断的能力,可以独立完成对果实的采摘作业,对满足水果种植需求、减小水果种植的劳动力投入及降低生产成本有着很重要的实际应用价值。为此,以嵌入式ARM智控系统为基础平台,设计了采摘机器人视觉测量与避障控制系统。该系统集机器视觉、视觉传感感知、伺服电机驱动和ARM智控模块于一体,建立了采摘机器人采摘运动学的数学模型,并通过BP网络神经型迭代学习算法测量果实的距离和球心坐标,对成熟果实进行精准识别和定位采摘。试验结果表明:采摘机器人能准确地进行自主采摘,成功率比较高,躲避障碍物的能力很强,更适合在复杂未知的果园中进行收获作业。     

采摘机器人定位导航系统设计 —基于机载三维激光成像电力巡线

采摘机器人作为一种典型的农业机器人,一直未得到普及,其主要受限于果实空间分布的不规律性,以及存在视觉定位及采摘方式等技术难题。为此,将机载三维激光成像电力巡线技术引入到采摘机器人的定位导航系统的设计过程中,通过果实的圆形检测和三维重构来确定果实的质心坐标,以提高采摘机器人导航视觉的精度和效率。为了验证方案的可行性,对果实图像采集和处理的准确性进行了测试,结果表明:视觉导航系统可以成功得到标准的圆形图像,通过三维重构后,质心坐标的计算结果和测量结果基本吻合,且对果实的成功识别率较高,从而验证了方案的可靠性。     

基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统设计

采摘机器人作业环境复杂,视觉系统往往不能准确对待采摘的果树或者果实进行准确的定位。为了提高采摘机器人视觉系统的定位精度,引入了图像边缘检测技术,通过提取待采摘果树或者果实的边缘,计算果实的位置坐标,为采摘机器人的自主行走定位和采摘作业提供可靠数据支持。为了验证方案的可行性,以待采摘果树的特征边缘提取为例,对系统的果树边缘提取的可行性及定位准确性进行了实验。实验结果表明:采用基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统可以成功地对果树进行定位,并输出果树的位置坐标,将位置坐标和实测位置坐标进行对比发现,其结果基本吻合,具有较高的定位精度。     

基于CMOS图像传感器的采摘机器人嵌入式视觉系统

为了提高采摘机器人的自动化程度,实现自主导航和自主采摘作业能力,将基于CMOS图像传感器的嵌入式视觉系统引入到了采摘机器人的设计过程中,有效降低了机器人的设计复杂程度,提高了机器人的设计效率。采用DSP主控芯片构建了嵌入式图像处理系统,可以处理CMOS相机实时采集的图像,并采用模块化设计,构建了包括通讯单元、存储单元及视频输入输出接口的硬件系统,使各模块之间协调工作。为了验证方案的可行性,对一款果实采摘机器人进行了改装,安装了嵌入式视觉系统,并对其性能进行了测试。测试结果表明:采用基于CMOS图像传感器嵌入式视觉系统后,采摘机器人的定位准确率和采摘准率率都较高,满足了自动化采摘作业需求。     

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。     

基于GPS和机器视觉的自主导航定位农机设备研究

准确、可靠的位置信息是进行农业机械自动导航的前提,为了提高农机自主定位导航的精度,提出了一种基于GPS和机器视觉联合导航的定位系统,并介绍了联合定位导航的方法,最后以实验得方式验证了导航的可行性。农机的GPS和机器视觉组合定位系统采用GPS部分对农机的绝对位置进行实时采集,并跟踪导航角和行驶速度,完成绝对定位;采用机器视觉部分图像处理的方式,获得导航基准线和作业目标信息,完成相对定位;采用光电对管实现了避障功能,并采用无线数据的收发,实现了农机的远程控制。对农机联合导航机制进行了实验验证,结果表明:最大误差不超过0.1m,精度较高,克服了单一定位方式的不足,提高了农机自主导航的定位效果。     

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。     

面向无线传感器网络节点的脐橙采摘机器人定位研究

将RFID和无线传感技术融合到一起应用于采摘机器人的自主定位中,通过结合二者优势,使机器人自动定位更加精准、快速。为此,首先分析了无线传感技术的特点、原理及其优越性,然后对机器人的运动模型和传感网络观测系统模型进行阐述,并设计了一种面向无线传感技术的定位算法,最后利用Mat Lab进行仿真实验。结果表明:在复杂路况环境下,该节点定位算法能够准确估计脐橙采摘机器人的位置,误差系数小,具有可靠性高、实时性和稳定性好等优点,对实现果实的无人种植具有重要意义。     

基于OFDM-MIMO移动通信模型的采摘机器人设计

为了提高果树采摘机器人的智能化和自动化水平,提高机器人的实时通信和在线控制能力,实现机器人作业过程的远程控制,在采摘机器人通信系统中引入了OFDM-MIMO模型,并将移动4G技术应用到了机器人的设计中,突破了机器人控制距离限制,实现了机器人的跨区域无线通信。机器人采用视觉传感器和4G网络采集并传输图像,图像数据可以在远程浏览器端实时显示,便于掌握机器人作业信息。当机器人碰撞传感器发出信号时,可以利用OFDM-MIMO信道模型进行图像的高效传输,并将视觉传感器采集的图像信息传送给远程控制端,在采摘出现失误时可以及时地调整机器人的状态,实现果实采摘的在线控制。同时,设计了机器人的实验样机,并对机器人的果实定位能力和通信能力进行了实验和仿真。实验和仿真结果表明:该种机器人可以有效地识别普通果实和套袋果实,并且通信实验测试和仿真测试的结果吻合,从而验证了结果的可靠性及OFDMMIMO模型在采摘机器人通信系统中的可行性。     

农用四旋翼飞行器避障系统设计 —基于机器视觉和无线定位

在地形复杂的区域,为了提高农林植保的作业效率,提高作业过程的安全性,四旋翼飞行器被应用到了农业生产作业过程中.为了提高四旋翼飞行器的自主导航水平,将机器视觉技术和无线定位技术引入到了飞行器控制系统的设计上,通过两种定位方式的联合,有效提高了飞行器导航精度.采用软件仿真的方式对避障系统进行了测试,测试过程中设置了多种障碍...     

基于聚类算法对象提取的快速定位采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的定位速度,对机器人的机器视觉系统进行了改进,设计了一种基于聚类算法和视频对象提取技术的快速定位机器人。该机器人视频对象图像提取过程中,在完成图像进行滤波后,引入了Lab彩色空间聚类算法,有效地降低了图像的色彩数和噪声,实现了图像对象的量化处理,大大提高了果实定位和采摘的效率。为了验证设计的快速定位采摘机器人的可靠性,对机器人的采摘性能进行了测试,测试项目主要包括图像处理和果实定位。通过测试发现:快速定位机器人可以有效地实现图像聚类中心的提取,并对聚类中心进行编码,每次定位用时少、定位速度高且果实采摘的准确性累计概率较高,符合高精度、高效率果实采摘机器人的设计需求。     

黄瓜采摘机器人远近景组合闭环定位方法

针对黄瓜采摘机器人远景定位精度不高,以致切伤果实和茎蔓的问题,设计了一种基于机器视觉具有空间位置反馈功能的末端执行器。对温室环境下黄瓜果实采摘区域图像信息获取方法加以研究,综合HIS色彩空间H、S分量进行阈值分割,结合RGB色彩空间G通道边缘分布特征以及黄瓜形状特征,提取黄瓜采摘区域。基于摄像机线性透视模型,研究了采摘切割点空间定位方法,最终向采摘机械臂控制器反馈位置微调信息。采用远近景组合闭环定位方法,对采摘目标进行闭环定位,有效地解决了采摘机器人一次远景定位误差较大的问题。试验结果表明,排除温室复杂光照情况,机器人末端执行器定位精度达到2mm,满足采摘作业要求。     

基于信息化时代的农业收割机定位系统设计与试验

为了提高收割机的定位导航效率和精度,实现自主定位,基于信息化时代将云技术和无线通信技术引入到了导航系统的设计上,通过导航视觉系统图像的高速处理、无线传感节点通信、路径规划和追踪,实现了收割机的自主定位和导航。对不同作业块的导航定位精度和路径追踪的精度进行了测试,结果表明:采用自主定位系统可以成功地对作业区域的路径进行规划,并实现高精度的路径追踪,对于提高农机的智能化水平的研究具有重要的意义。