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《中国农业大学》 2005年
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组培苗分割移植机器人系统的研究

杨丽  
【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。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP242

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