组培苗分割移植机器人系统的研究

论文题目: 组培苗分割移植机器人系统的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 农业机械化工程

作者: 杨丽

导师: 张铁中,张宾

关键词: 组培苗,分割移植,机器人,机器视觉,嵌入式控制

文献来源: 中国农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在工厂化组培苗生产过程中,为减少病菌污染,生产上多采用细口培养瓶育苗。由于培养瓶口径小,瓶内空间狭小,造成机械化操作难度大,因此,目前尚没有相应的自动化分割移植装置。组培苗的分割移植生产还处于手工作业阶段。但手工作业工作效率低、劳动强度大、人力成本高,同时由于人的介入造成组培苗易被病菌感染,使苗的成活率降低、品质变差,已经严重制约了组培产业的发展。本文针对这一问题,对条状组培苗自动化生产方式和装置进行了较深入的研究,并取得了重要进展。主要研究成果如下: 1、首次对培养瓶育苗方式条状组培苗的自动化生产技术进行了研究。针对瓶式育苗的特点,提出采用机器视觉技术对瓶中每株苗进行识别定位,采用机器人将苗从瓶中分别取出,再进行切割、移植的思想。据此规划了简易可行的组培苗分割移植自动化生产总体实现方案。 2、在国内首次研制开发了能自动进行组培苗抓取和切割作业的5自由度关节式组培苗切割移植机器人。该机器人结构小巧、紧凑,设计新颖,具有创新性。 3、对组培苗分割移植机器人进行了运动学分析,依据D—H方法建立了机器人的运动学方程,实现了运动学方程的求解;针对运苗、取苗插苗作业过程要求,分别在关节空间和直角坐标空间对机器人的运动轨迹进行了规划,以满足机器人在不同作业区段对运动路径的要求;给出了机器人运动轨迹的实时生产方法。该研究为精确地实现机器人的运动控制提供了数学基础和理论依据。 4、建立了基于TMS320C6711 DSP的嵌入式机器人视觉系统。对组培苗的识别算法进行了研究,并基于TMS320C6711实现了识别算法的软件开发。实验结果表明,培养瓶中每株苗位置识别算法的准确率为92%,单株苗节点位置识别算法的准确率为91%,均达到了设计要求;开发的视觉系统软件具有良好的稳定性和较强的实时性,苗位置的平均识别时间为0.266s,,单株苗节点位置的识别时间为0.562s,能很好地满足机器人控制系统对视觉系统的实时性要求。 5、自行研制开发了适于本机器人系统的嵌入式控制器,包括基于ARM嵌入式微处理器的上位机控制器和基于单片机AT89C52的关节控制器的全部硬件设计与软件开发,并在上位机控制器硬件电路板上成功地实现了uCOS-Ⅱ实时嵌入式操作系统的移植,对整个控制系统进行了切实可行的软硬件抗干扰设计。该嵌入式控制器的成功开发,对机器人控制系统的小型化、专用化、高稳定性、低成本奠定了基础,对相关的嵌入式应用具有参考价值。 6、对机器人系统的整机工作性能进行了测试,测试结果表明:机器人达到运动定位精度范围的准确率为75%,机器人从培养瓶中取苗的成功率为70.5%,剪苗成功率为71.8%。整机工作性能不太理想,机器人的运动定位精度有待提高。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 组培苗分割移植机器人系统总体方案

2.1 条状组培苗的形态特点

2.2 组培苗分割移植手工生产流程

2.3 组培苗分割移植自动化生产方案

2.4 组培苗分割移植机器人系统总体结构

2.5 本章小结

第三章 组培苗分割移植机器人机械结构设计

3.1 组培苗分割移植机器人的结构形式

3.2 组培苗分割移植机器人的结构设计

3.3 组培苗分割移植机器人的主要性能参数

3.4 本章小结

第四章 组培苗分割移植机器人运动学分析与轨迹规划

4.1 机器人的运动学分析

4.2 机器人的轨迹规划

4.3 机器人运动轨迹的实时生成

4.4 本章小结

第五章 组培苗分割移植机器人视觉系统研究

5.1 机器人视觉系统的功能

5.2 机器人视觉系统硬件平台的建立

5.3 组培苗识别算法的研究

5.4 摄像机的标定

5.5 基于TMS320C6711的视觉系统软件设计

5.6 本章小结

第六章 组培苗分割移植机器人控制系统研究

6.1 机器人控制系统总体方案

6.2 机器人上、下位机控制器方案

6.3 机器人控制系统硬件设计

6.4 控制系统硬件抗干扰设计

6.5 机器人控制系统软件设计

6.6 控制系统软件抗干扰设计

6.7 本章小结

第七章 组培苗分割移植机器人系统性能试验

7.1 机器人视觉系统性能的测试

7.2 机器人整机性能测试

7.3 本章小结

第八章 结论与建议

8.1 主要研究结论

8.2 论文创新点

8.3 问题与建议

参考文献

致谢

作者简介

发布时间: 2005-07-22

参考文献

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