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蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執(zhí)行器設(shè)計(jì)規(guī)劃 
溫室穴盤苗培育技術(shù)已在*范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用,移栽作業(yè)是育苗后期的重要環(huán)節(jié)。開發(fā)缽苗移栽機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工作業(yè),可大大提高作業(yè)效率,減輕作業(yè)者勞動(dòng)強(qiáng)度,解決勞動(dòng)力短缺問題,且使苗的移栽*性比率高。

蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執(zhí)行器設(shè)計(jì)規(guī)劃 
我國(guó)是以蔬菜栽培為主體的世界設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó),采用機(jī)械化移栽將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。基于此本論文以溫室蔬菜番茄、黃瓜穴盤苗為研究對(duì)象,開展了溫室缽苗機(jī)械化移栽作業(yè)的缽苗可移栽狀態(tài)研究、移栽末端CAMOZZI執(zhí)行器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和試驗(yàn)、缽苗健康信息機(jī)器視覺獲取方法和機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、移栽作業(yè)路徑控制策略和優(yōu)化四個(gè)方面的研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：基于萬能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)了可調(diào)指針夾持壓縮苗坨的力學(xué)測(cè)試系統(tǒng),用于測(cè)量抓苗指針?biāo)较蛐臄D壓苗坨時(shí)抗壓力的變化。進(jìn)一步研究指針夾持角度、夾持指針數(shù)、苗坨含水率、缽苗長(zhǎng)勢(shì)和苗坨基質(zhì)配比五個(gè)因素對(duì)抗壓力的影響,以提高末端CAMOZZI執(zhí)行器抓苗可靠性。指針夾持角7°和10°時(shí)苗坨抗壓力隨壓縮量增加逐漸上升,相比4°和13°穩(wěn)定性要好,且7°指針相同壓縮位置能獲得更大抗壓力；四指對(duì)稱式指針對(duì)苗坨的向心夾持壓縮變形比三指式更穩(wěn)定,能產(chǎn)生更大的抗壓力；所測(cè)四個(gè)含水率水平(65%,75%,85%,88%)苗坨抗壓力對(duì)比中,85%水平苗坨抗壓力隨擠壓增加更多,其基質(zhì)間的粘結(jié)力和可塑性綜合性能好；主根系發(fā)達(dá)可使苗坨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好,小苗、中苗和大苗苗坨的指針夾持抗壓力隨平均根系長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增加,大中苗(根系大于87mm)苗坨可得到穩(wěn)定上升的夾持壓縮力學(xué)特性；基質(zhì)配比(泥炭：蛭石：珍珠巖)中硬物料蛭石的適量增加可減少苗坨可壓縮空間,使抗壓力得到增強(qiáng)。圍繞穩(wěn)定抓取和主動(dòng)分離的功能要求,設(shè)計(jì)雙氣缸驅(qū)動(dòng)的插入夾取式末端CAMOZZI執(zhí)行器,通過插入苗缽、夾緊、提升、釋放、苗針分離的動(dòng)作,可實(shí)現(xiàn)缽苗移栽作業(yè)。末端CAMOZZI執(zhí)行器關(guān)鍵參數(shù)可調(diào)整滿足不同大小缽苗夾取尺寸和角度要求,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取；同時(shí)指針管與指針的相對(duì)位置調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)苗坨與指針主動(dòng)分離。基于可獲較大抗壓力研究,即指針夾持角7°-10°,苗坨基質(zhì)配比6：3：1(泥炭：蛭石：珍珠巖),苗缽含水率85%左右時(shí),開展對(duì)番茄、黃瓜穴盤苗的移栽試驗(yàn),結(jié)果表明：三針或四針插入夾取式末端CAMOZZI執(zhí)行器移栽成功率在95.8%以上,其中對(duì)大、中苗的移栽成功率達(dá)到100%的效果；四針式末端CAMOZZI執(zhí)行器移栽成功率均為100%,比3針式更穩(wěn)定；傷苗率均在3%以內(nèi),滿足移缽作業(yè)需求。通過機(jī)器視覺技術(shù)測(cè)量葉面積實(shí)現(xiàn)穴盤中缽苗生長(zhǎng)狀態(tài)和位置信息的檢測(cè)。灰度增強(qiáng)、閾值分割、噪聲過濾等圖像處理技術(shù)將幼苗從背景中提取出來。針對(duì)穴盤苗葉片跨界重疊導(dǎo)致識(shí)別難的問題提出兩種解決方案：一是葉片重疊不嚴(yán)重時(shí),采用改進(jìn)型分水嶺算法分割,包括形態(tài)學(xué)梯度增強(qiáng)、重構(gòu)、標(biāo)記提取和分割,相比標(biāo)準(zhǔn)分水嶺算法圖像中單連通域減少45%-55%,過分割現(xiàn)象得以緩解,且所有跨界重疊的葉片均得以分割,基于此對(duì)番茄和黃瓜苗健康狀況的判別準(zhǔn)確率分別達(dá)98.9%和98.6%；二是葉片繁茂、跨界重疊葉片面積較大時(shí),繼續(xù)采用分水嶺算法分割判別準(zhǔn)確率會(huì)下降,設(shè)計(jì)了輔助機(jī)器視覺識(shí)別的間苗機(jī)構(gòu),改變?nèi)~片自然伸展重疊狀態(tài),通過比較各像素分量值的方法將藍(lán)色分隔片從穴盤苗圖像中去除,繼而進(jìn)行目標(biāo)提取、面積計(jì)算和健康質(zhì)量判別,對(duì)番茄和黃瓜苗質(zhì)量判別的準(zhǔn)確率均為100%,進(jìn)一步延長(zhǎng)了穴盤苗的自動(dòng)化移栽周期。通過單末端CAMOZZI執(zhí)行器移栽系統(tǒng)進(jìn)行稀植移栽和補(bǔ)苗作業(yè)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能時(shí),作業(yè)路徑需要規(guī)劃。對(duì)路徑選擇問題進(jìn)行建模與分析,發(fā)現(xiàn)此問題類似為NP問題,運(yùn)用窮盡算法獲取*路徑方法不可行。采用貪心算法對(duì)四種固定順序方案的稀植移栽路徑分別優(yōu)化,統(tǒng)計(jì)對(duì)10組穴盤稀植移栽總路徑,相比優(yōu)化前路徑長(zhǎng)度可縮短4.4m至9.55m,優(yōu)化幅度達(dá)19.4%至40.8%,總體貪心算法優(yōu)化后方案比固定順序方案要好。采用遺傳算法對(duì)空穴補(bǔ)苗路徑進(jìn)行規(guī)劃,對(duì)遺傳算子的選擇、交叉、變異、重插入操作和算法終止條件進(jìn)行了改進(jìn),優(yōu)化運(yùn)算在第25代左右可得到收斂。

蔬菜缽苗穴盤間移栽CAMOZZI執(zhí)行器設(shè)計(jì)規(guī)劃 
對(duì)10組穴盤進(jìn)行補(bǔ)苗試驗(yàn),所得路徑總長(zhǎng)度比常規(guī)固定順序路徑長(zhǎng)度縮短3.7m以上,優(yōu)化幅度8.5%以上,可穩(wěn)定得到整體優(yōu)化路徑,算法平均運(yùn)算時(shí)間0.65s,說明可以快速得到移缽路徑的優(yōu)化解,滿足移缽作業(yè)實(shí)時(shí)性的要求。以上研究成果為開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、適合我國(guó)國(guó)情的、能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的溫室內(nèi)缽苗自動(dòng)移栽機(jī)器人打下重要的理論和研究基礎(chǔ)。