基于机器视觉的胚芽鞘切割装置研制

摘要

胚芽鞘对于植物培养、育种、遗传等有着非常重要的作用，在进行相关研究时，通常要对胚芽鞘进行准确识别和切割，目前，暂无胚芽鞘相关自动化切割设备或者装置，胚芽鞘均需要人工识别和切割，但这种工作方式费时费力已经无法满足胚芽鞘产业快速发展的需求。本文根据这一现状和背景，拟利用机器视觉技术和直角坐标机器人技术，研制一种胚芽鞘自动识别、自动化切割装置，这对于降低劳动强度，提高胚芽鞘切割效率有着重要的意义。 本文研究的胚芽鞘切割装置主要适用于禾本植物，具有胚芽鞘的植物，本课题主要研究内容如下： （1）查阅了解胚芽鞘的特性，采摘和切割等设备在农业生物工程方面的应用，设计一种适合胚芽鞘识别、胚芽鞘切割装置的研究方案和技术路线。 （2）胚芽鞘切割装置总体方案和结构设计。根据功能需求确定胚芽鞘切割装置总体方案，确定各个部分功能模块，然后对装置传输结构、对切割装置机械手、末端执行器等每一个模块进行详细分析与结构设计。 （3）胚芽鞘识别算法研究和视觉坐标系统转换研究。对小麦、高粱等胚芽鞘形状、颜色和长度进行统计学分析，研究胚芽鞘图像分割和定位等，研究开发出针对胚芽鞘图像识别的算法，并对该算法实验验证。 （4）胚芽鞘切割装置系统搭建。结合前面研究，选择合适的CCD相机、镜头、以及若干电机、驱动器、PLC、传感器等系统所需硬件，搭建胚芽鞘切割装置视觉系统硬件平台和控制系统，并进行PLC控制器、伺服驱动器和电机的调试。

目录

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 研究目的

1.1.2 研究意义

1.2 农业机器人概述

1.2.1 农业机器人的概念

1.2.2 农业机器人的种类

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 研究内容与目标

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究目标

1.5 研究方案

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

1.5.3 关键技术

第2章 胚芽鞘切割装置总体方案

2.1 胚芽鞘形态特点和培养试验

2.2 胚芽鞘切割手工作业流程

2.3 胚芽鞘自动化切割方案

2.4 胚芽鞘切割装置系统总体结构

2.5 本章总结

第3章 胚芽鞘切割装置机械结构设计

3.1 胚芽鞘切割装置传送部分结构设计

3.1.1 皮带结构设计

3.1.2 传送带机架结构设计

3.2 胚芽鞘切割装置机械手结构设计

3.2.1 机械手设计基础

3.2.2 机械手材料选择

3.2.3 丝杠和导轨选择

3.2.4 减速装置选择

3.3 胚芽鞘切割装置末端执行器设计

3.3.1 切刀设计

3.3.2 缓冲装置结构选择

3.4 CCD相机安装支架选择及设计

3.5 胚芽鞘切割装置总体结构

3.6 本章总结

第4章 胚芽鞘切割装置视觉系统研究

4.1 胚芽鞘视觉系统的功能

4.2 胚芽鞘识别算法的研究

4.2.1 基于图像颜色特征的小麦胚芽鞘识别算法研究

4.2.2 基于图像颜色特征的高粱胚芽鞘识别算法研究

4.3 坐标系转换

4.3.1 世界坐标系到相机坐标系转换

4.3.2 相机坐标系到图像物理坐标系转换

4.3.3 图像物理坐标系到像素坐标系转换

4.4 胚芽鞘图像实时采集系统

4.5 本章总结

第5章 胚芽鞘切割装置控制系统及硬件搭建

5.1 胚芽鞘切割装置控制系统总体方案

5.2 控制系统硬件选型及设计

5.2.1 电机和驱动选型

5.2.2 PLC选型

5.2.3 外部电路设计

5.2.4 控制计算机

5.2.5 限位传感器

5.2.6 光电传感器

5.2.7 开关电源

5.3 胚芽鞘切割装置视觉系统硬件平台搭建

5.3.1 相机选型

5.3.2 镜头选型

5.4 胚芽鞘切割装置搭建

5.4.1 伺服电机试转与调机

5.4.2 视觉系统图像采集试验

5.5 本章总结

第6章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 论文的特色与创新之处

6.3 展望

致谢

参考文献

附录

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