视觉驱动的自动嫁接机样机的试制研究

摘要

嫁接需求量的提高，使得人工作业负担加重，自动化嫁接机在保证成功率及生产效率的基础上能解放劳动力，因此本文针对半自动蔬菜嫁接机嫁接过程仍普遍采用的人工操作及全自动嫁接机整体价格高昂的问题，提出了一种基于视觉驱动的嫁接机样机试制，该嫁接机采用多台低价的桌面机器人，在视觉驱动下保持动作的准确性及动作精度，使得该嫁接机有比较广泛的适用性。
　　本文研究的工作主要如下:
　　(1)嫁接机样机的总体结构与终端装置设计。首先运用软件对样机进行总体设计，包括进苗系统、工位旋转系统、上苗系统。并对机械臂及样机各子系统进行空间结构分析，得出了样机各系统设计在空间结构设计的合理性。最后利用软件对终端夹持机构进行设计，通过软件仿真分析，达到对夹持机构设计可行性的验证。
　　(2)嫁接机电气控制系统设计。针对本机械臂采用的步进电机，研究了主控制板性能指标与IO口特性，并通过设计PCB板对整个控制系统进行了集成设计，使得集成控制系统在一块控制板上实现4路步进电机控制，8细分下步进电机一周期失步控制在10步内，控制机械臂末端动作分辨率为0.017mm。在硬件基础上研究机械臂轨迹的分段方法，段中初速度、尾速度的控制调整方法，最小段精细到1mm，软件实现了9种常用的与上位机交互指令。最后完成终端夹持装置的驱动，每次只需要提供1秒钟驱动自保持电流，完成自保持状态的同时也减少了器件长期通电带来的发热问题。
　　(3)多线程图像处理与穴盘苗寻苗方法研究。首先，在嵌入式系统上基于4核LINUX平台，采用4线程对图像进行分布式处理，最后由一个线程对图像进行参数合成，对640×480尺寸图片处理时间平均为30.52ms;然后对采集系统工作距离研究，在不同距离上进行图像采集，工作距离在景深18mm时采集图片清晰，轮廓链提取及质心计算平均耗时为23.79ms。最后，根据系统需求分析，设计视觉驱动通信系统，通过测试对通信系统进行可行性验证分析。
　　(4)嫁接机样机系统实现与测试。根据样机总体设计图，进行了样机总体结构制作，并对各子系统进行测试分析，进苗系统采用57步进电机控制，根据穴盘间隔，滑台每次运动5cm，控制系统采用16细分驱动器，进苗系统单次运动时间为2.5秒;通过程序设定，工位旋转控制系统根据工位不同转动90°所需0.5秒，完成一整套工位变化需要2秒，工位变化周期为4。搭建上苗系统实验台，根据样机结构进行视觉寻苗以及机械臂上苗操作的空间位置测试。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2．1 国内外自动嫁接机的研究现状

1．2．2 柔性系统应用与研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 嫁接机样机的总体结构与末端装置设计

2．1 嫁接机的需求分析

2．2 嫁接机总体设计方案

2．3 嫁接机的空间结构分析

2．3．1 机械臂的结构分析

2．3．2 进苗系统空间结构分析

2．3．3 上苗系统空间结构分析

2．3．4 传动系统空间结构分析

2．4 夹持机构设计

2．5 本章小结

第三章 嫁接机电气控制系统

3．1 电气控制系统的硬件设计

3．1．1 步进电机主控制板的研究

3．1．2 步进电机驱动器研究

3．1．3 电气控制系统的集成设计

3．2 电气控制系统软件设计

3．2．1 运动控制系统需求分析

3．2．2 机械臂的运动学分析

3．2．3 机械臂控制软件设计原理及分析

3．3 电气控制系统测试分析

3．3．1 机械臂的运动响应性能

3．3．2 机械臂重复定位精度

3．4 末端装置电路研究

3．5 本章小结

第四章 多线程图像处理与穴盘苗寻苗方法研究

4．1 图像处理硬件系统设计

4．1．1 图像处理系统方案设计

4．1．2 图像处理系统整合分析

4．2 基于LINUX多线程图像处理研究分析

4．3 图像处理软件系统测试研究

4．3．1 图像轮廓链及质心提取

4．4 通信系统设计与分析

4．4．1 通信方式的选取

4．4．2 通信系统测试分析

4．5 本章小结

第五章 嫁接机样机系统实现与测试

5．1 嫁接夹的实现与测试

5．2 嫁接机样机系统实现及测试

5．2．1 嫁接机进苗系统实现及测试

5．2．2 嫁接机工位旋转控制系统测试

5．2．3 嫁接机上苗系统设想

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间学术成果