苹果套袋机器人视觉伺服技术研究

摘要

农业机器人研究的主要任务是将机器人工程学应用在农业上，或是根据作物特性探索利用现有的适用的工业机器人的可能性。机器人视觉伺服控制涉及较为广泛的研究内容，例如图像处理、特征提取、双目立体视觉标定、视觉控制算法、视觉测量等。
　　本文以图像识别与视觉定位在苹果套袋系统中的应用为背景，以提高识别与定位系统的实时性和普适性为切入点，探索鲁棒性和实时性相融合的幼果图像识别与定位关键技术研究与方法，使之满足于实时应用的需要。主要研究内容如下：
　　1、对苹果套袋机器人视觉系统进行总体介绍并给出具体流程图，对预处理的苹果幼果进行图像分割，运用改进后的连通域标记，面积法去除小面积以及圆形度等方法，对苹果幼果进行分割后的识别；采用双目立体视觉对左右摄像机分别采集并对最终识别出的苹果幼果图像进行立体匹配、图像极线校正以及三维重建，最后利用自主开发的苹果幼果上位机处理软件与 OpenGL相结合对三维重建出的苹果幼果图像进行三维显示。
　　2、对苹果幼果套袋机器人进行运动学建模，利用D-H方法对其建立运动学方程，对其进行正、逆运动学分析。利用基于Matlab的机械臂仿真工具箱 Robotics Toolbox直观的显示出机械臂的可达工作空间以及参数的合理性。通过对机械臂的各个关节轨迹进行分析，为后续进行实际的套袋工作奠定良好的基础。
　　3、分别介绍了基于图像的视觉伺服控制、基于位置的视觉伺服控制以及基于位置与基于图像的混合的2.5D视觉伺服控制，并分析了各自系统的特点以及稳定性。根据苹果套袋机器人实际的工作情况，本文选择基于位置与基于图像的混合视觉伺服控制作为的伺服控制系统。最后，在实验室条件下，模拟室外实际工作场景，对苹果幼果套袋机器人进行整体的系统联调，实验结果证明了方案的可行性和相关算法的有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 机器人视觉伺服发展现状

1.3 国内外农业机器人研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 苹果套袋机器人视觉系统设计

2.1 苹果幼果图像分割

2.2 苹果幼果图像识别

2.3 双目立体视觉

2.4本章小结

第3章 苹果套袋机器人运动学分析

3.1 机械臂正运动学分析

3.2 机械臂逆运动学分析

3.3 运动学仿真

3.4 本章小结

第4章 苹果套袋机器人视觉伺服控制

4.1 基于位置的视觉伺服控制

4.2 基于图像的视觉伺服控制

4.3 基混合视觉伺服控制

4.4 本章小结

第5章 基于视觉伺服的苹果套袋系统设计与实验

5.1 实验平台介绍

5.2 摄像机标定

5.3 系统联调实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢