机器人采摘苹果果实的K-means和GA-RBF-LMS神经网络识别 被引量：43

1

作者 贾伟宽 赵德安 +3 位作者 刘晓洋 唐书萍 阮承治 姬伟 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第18期175-183,共9页

为进一步提升苹果果实的识别精度和速度,从而提高苹果采摘机器人的采摘效率。提出一种基于K-means聚类分割和基于遗传算法(genetic algorithm,GA)、最小均方差算法(least mean square,LMS)优化的径向基(radial basis function,RBF)神经... 为进一步提升苹果果实的识别精度和速度,从而提高苹果采摘机器人的采摘效率。提出一种基于K-means聚类分割和基于遗传算法(genetic algorithm,GA)、最小均方差算法(least mean square,LMS)优化的径向基(radial basis function,RBF)神经网络相结合的苹果识别方法。首先将采集到的苹果图像在Lab颜色空间下利用K-means聚类算法对其进行分割,分别提取分割图像的RGB、HSI颜色特征分量和圆方差、致密度、周长平方面积比、Hu不变矩形状特征分量。将提取的16个特征作为神经网络的输入,对RBF神经网络进行训练,以得到苹果果实的识别模型。针对RBF神经网络学习率低、过拟合等不足,引入遗传算法对RBF隐层神经元个数和连接权值进行优化,采取二者混合编码同时进化的优化方式,最后再利用LMS对连接权值进一步学习,建立新的神经网络优化模型(GA-RBF-LMS),以提高神经网络的运行效率和识别精度。为了获得更精确的网络模型,在训练过程中,苹果果实连同树枝、树叶一块训练;得到的模型在识别过程中,可一定程度上避免枝叶遮挡对果实识别的影响。为了更好地验证新方法,分别与传统的BP(back propagation)和RBF神经网络、GA-RBF优化模型比较,结果表明,该文算法对于遮挡、重叠果实的识别率达95.38%、96.17%,总体识别率达96.95%;从训练时间看,该文算法虽耗时较长,用150个样本进行训练平均耗时4.412 s,但训练成功率可达100%,且节省了人工尝试构造网络结构造成的时间浪费;从识别时间看,该文算法识别179个苹果的时间为1.75 s。可见GA-RBF-LMS网络模型在运行效率和识别精度较优。研究结果为苹果采摘机器人快速、精准识别果实提供参考。 展开更多

关键词 图像处理 算法 识别 苹果采摘机器人 K-means分割 特征提取 GA-RBF神经网络

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机器手采摘苹果抓取损伤机理有限元分析及验证 被引量：35

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作者 姬伟 李俊乐 +2 位作者 杨俊 丁世宏 赵德安 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期17-22,共6页

为了减少机器人自动采摘过程中夹持器抓取苹果时的碰撞、挤压损伤,对抓取过程中苹果与不同指面类型夹持器手指接触时果实内部的应力变化进行研究。通过压缩试验后计算得到了苹果果皮、果肉和果核3个不同部分的力学参数,建立了单个苹果的... 为了减少机器人自动采摘过程中夹持器抓取苹果时的碰撞、挤压损伤,对抓取过程中苹果与不同指面类型夹持器手指接触时果实内部的应力变化进行研究。通过压缩试验后计算得到了苹果果皮、果肉和果核3个不同部分的力学参数,建立了单个苹果的3层实体力学模型。将苹果果皮、果肉和果核3部分弹性模量分别取多次试验的平均值,通过ANSYS软件建立了苹果所对应的有限元模型,模拟苹果与平面和弧面手指的接触过程,进而得到苹果果皮、果肉和果核3部分的节点Von Mises应力云图。结果显示,加载过程中,果皮处的应力最大,果肉处的应力次之,但由于果肉破坏应力较小,果肉最易受到损伤;同时,当加载力相同时,弧面手指比平面手指对苹果各部分的作用应力要小,苹果的形变也较小,当加载力分别为5、20、35、50 N时,平面手指对苹果所造成的形变量分别比弧面手指大6.7%、12.1%、12.4%、14.5%,因此,弧面手指对果皮内部造成机械损伤的概率相对较小。最后,利用自行研制的采摘机器人2弧面手指夹持器苹果实物抓取损伤试验验证了所研究方法的有效性。该研究结果可以实现苹果损伤的较准确预测和评估,并为采摘机器人末端夹持器减损结构优化设计提供了一定参考依据。 展开更多

关键词 有限元分析 弹性模量 夹持器 构型 苹果收获机器人 机械损伤

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基于RGB-D相机的果树三维重构与果实识别定位 被引量：29

3

作者 麦春艳 郑立华 +1 位作者 孙红 杨玮 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期35-40,共6页

为实现对果园果实机器人采摘提供科学可靠的技术指导,提出了一种基于RGB-D相机的苹果果树三维重构以及进行果实立体识别与定位的方法。使用RGB-D相机快速获取自然光照条件下果树的彩色图像和深度图像,通过融合果树图像彩色信息和深度信... 为实现对果园果实机器人采摘提供科学可靠的技术指导,提出了一种基于RGB-D相机的苹果果树三维重构以及进行果实立体识别与定位的方法。使用RGB-D相机快速获取自然光照条件下果树的彩色图像和深度图像,通过融合果树图像彩色信息和深度信息实现了果树的三维重构;对果树的三维点云进行R-G的色差阈值分割和滤波去噪处理,获得果实区域的点云信息;基于随机采样一致性的点云分割方法对果实点云进行三维球体形状提取,得到每个果实质心的三维空间位置信息和果实半径。实验结果表明,提出的果树三维重构和果实立体识别与定位方法具有较强的实时性和鲁棒性,在0.8~2.0 m测量范围内,顺光和逆光环境中果实正确识别率分别达95.5%和88.5%;在果实拍摄面的点云区域被遮挡面积超过50%的情况下正确识别率达87.4%;果实平均深度定位偏差为8.1 mm;果实平均半径偏差为4.5 mm。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 RGB-D相机 三维重建 识别 定位 点云分割

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苹果采摘路径规划最优化算法与仿真实现 被引量：20

4

作者 苑严伟 张小超 胡小安 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期141-144,共4页

采摘路径规划对苹果采摘机器人的工作效率有很大的影响,为了提高苹果采摘机器人采摘效率,研究了采摘路径规划最优化方法。将苹果采摘的路径规划问题转化为三维的旅行商问题进行求解,结合图像识别得到的苹果位置特征,提出了有限域信息素... 采摘路径规划对苹果采摘机器人的工作效率有很大的影响,为了提高苹果采摘机器人采摘效率,研究了采摘路径规划最优化方法。将苹果采摘的路径规划问题转化为三维的旅行商问题进行求解,结合图像识别得到的苹果位置特征,提出了有限域信息素自适应更新的改进蚁群算法,避免了基本蚁群算法求解过程中的早熟和局部收敛的问题,研究了三维模型的建模和驱动方法。试验结果表明将蚁群算法用于解决苹果采摘路径规划问题,当苹果数量达到250个时,改进蚁群算法迭代次数是基本算法的25.3%,而搜索到的最优路径是其94.3%,可见改进算法在搜索次数和最优结果上都有明显的优势。本研究为苹果采摘机器人采摘路径规划的提供理论参考。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 路径规划 改进蚁群算法 仿真

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苹果采摘机器人机械手运动学分析与仿真 被引量：10

5

作者 马贵飞 马履中 杨文亮 《农机化研究》 北大核心 2010年第7期21-25,共5页

通过齐次坐标变换建立了机械手的运动学模型,并对正运动学以及逆运动学分别进行了求解,通过初始位姿对运动学正反解进行了初步验证;利用矢量积法求解了机械手的雅克比矩阵,建立了机械手关节速度与末端执行器速度的瞬时对应关系;由机械... 通过齐次坐标变换建立了机械手的运动学模型,并对正运动学以及逆运动学分别进行了求解,通过初始位姿对运动学正反解进行了初步验证;利用矢量积法求解了机械手的雅克比矩阵,建立了机械手关节速度与末端执行器速度的瞬时对应关系;由机械手的具体结构设计出发,利用Pro/E建立了机械手的实体样机模型,并导入仿真软件ADAMS中对其进行运动学仿真验证,使机械手整个运动过程直观化;同时分析了仿真过程中机械手各关节的驱动与机械手末端点运动变化的关系。仿真结果表明机械手的运动学方程解完全正确。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 机械手 样机模型 运动学分析 仿真

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苹果采摘机器人目标果实的快速跟踪识别 被引量：5

6

作者 冯玮 赵德安 《信息技术》 2018年第5期5-9,共5页

为了实现苹果采摘机器人对果实的精确快速采摘,文章在压缩跟踪算法的基础上提出一种结合SURF特征的跟踪方法。该方法首先使用k-means聚类算法分割出初始帧中目标苹果,然后根据目标苹果的位置和尺度信息,生成随机稀疏矩阵并训练生成初始... 为了实现苹果采摘机器人对果实的精确快速采摘,文章在压缩跟踪算法的基础上提出一种结合SURF特征的跟踪方法。该方法首先使用k-means聚类算法分割出初始帧中目标苹果,然后根据目标苹果的位置和尺度信息,生成随机稀疏矩阵并训练生成初始的贝叶斯分类器,最后通过SURF特征检测对下一帧中的目标苹果进行跟踪匹配,同时更新分类器参数从而实现目标苹果果实的跟踪识别。通过实验比较,此方法在目标苹果尺度发生变化和受到外界遮挡的情况下影响较小,满足采摘要求的准确性与实时性。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 压缩跟踪 K-MEANS聚类算法 SURF特征

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苹果生产智能底盘与除草及收获装备技术研究进展 被引量：1

7

作者 段罗佳 杨福增 +2 位作者 闫彬 史帅旗 秦纪凤 《智慧农业（中英文）》 2022年第3期24-41,共18页

苹果产业作为苹果主产区经济发展的支柱产业,为当地果农增收、农业增效做出了重要贡献。随着产业的转型升级,苹果生产机械化和智能化的发展程度将影响其经济效益。为推进苹果生产智能化技术研究与智能装备研发,本文概述了苹果生产各个... 苹果产业作为苹果主产区经济发展的支柱产业,为当地果农增收、农业增效做出了重要贡献。随着产业的转型升级,苹果生产机械化和智能化的发展程度将影响其经济效益。为推进苹果生产智能化技术研究与智能装备研发,本文概述了苹果生产各个环节机械化水平,阐述了动力底盘、除草装备、收获装备等苹果生产装备主要技术特点,归纳了自动调平与控制、自主导航、自动避障、杂草识别、杂草去除、苹果识别、苹果定位、苹果分离等技术分别在智能化动力底盘、智能除草装备、苹果采收机器人上的研究与应用进展,并阐明了上述3种智能装备关键技术的基本原理和特点。在此基础上,指出了目前苹果生产智能装备技术面临的挑战,并提出了发展建议。 展开更多

关键词 苹果产业 智能化 动力底盘 除草装备 苹果采收机器人

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基于形态学和贴标签法的苹果图像增强

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作者 欧阳林群 阮承治 《佳木斯大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第4期117-121,138,共6页

苹果图像的精准分割是目标果实识别与定位的关键步骤,然而分割出的图像往往存在较多的孔洞和噪声,影响着进一步的识别与分析,因此需要对目标果实的分割图像进行完善和去噪处理。应用于苹果采摘机器人的图像处理中,既要考虑处理精度,还... 苹果图像的精准分割是目标果实识别与定位的关键步骤,然而分割出的图像往往存在较多的孔洞和噪声,影响着进一步的识别与分析,因此需要对目标果实的分割图像进行完善和去噪处理。应用于苹果采摘机器人的图像处理中,既要考虑处理精度,还要考虑处理效率。将数学形态学和贴标签法相结合,首先利用数学形态学方法去除分割图像的孔洞以及部分噪声,求出最大连通区域;然后利用贴标签法进一步处理,得到较为完好的目标果实图像。在HSI和Lab两种颜色空间下进行实验,对组合方法处理后的图像再利用Sobel算子进行边缘检测,结果表明,该方法能够有效地填补孔洞和滤除噪声,且不会破坏图像的边缘信息,为进一步的图像识别打下基础。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 苹果图像 图像去噪 贴标签法

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基于改进人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法 被引量：76

9

作者 姬伟 程风仪 +3 位作者 赵德安 陶云 丁世宏 吕继东 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期253-259,共7页

针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、... 针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、结构简单等优点的基础上,针对其存在的局部极小点、陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点,从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障;将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的采摘机器人机械手实时避障任务中,仿真和实验研究结果表明此方法简单,实时性好,能够有效地避开障碍物,成功到达目标位置,适合自然生长状态下苹果的自动采摘。 展开更多

关键词 苹果 采摘机器人 机械手 避障 人工势场法 虚拟目标点

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苹果采摘机器人目标果实快速跟踪识别方法 被引量：58

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作者 吕继东 赵德安 姬伟 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期65-72,共8页

为了减少苹果采摘机器人采摘过程处理时间,对苹果采摘机器人目标果实的快速跟踪识别方法进行了研究。对基于R-G颜色特征的OTSU动态阈值分割方法进行首帧采集图像分割,采用图像中心原则确定要采摘的目标果实;利用所采集图像之间的信息关... 为了减少苹果采摘机器人采摘过程处理时间,对苹果采摘机器人目标果实的快速跟踪识别方法进行了研究。对基于R-G颜色特征的OTSU动态阈值分割方法进行首帧采集图像分割,采用图像中心原则确定要采摘的目标果实;利用所采集图像之间的信息关联性,在不断缩小图像处理区域的同时,采用经过加速优化改进的去均值归一化积相关模板匹配算法来跟踪识别后帧图像的目标果实,并进行不同阈值分割方法实现效果,不同灰度、亮度和对比度的匹配识别以及新旧方法识别时间对比试验,从而验证了所采用和设计方法的有效性;其中所设计跟踪识别方法的识别时间相比于原方法,减少36%。 展开更多

关键词 苹果 采摘机器人 跟踪识别 动态图像

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苹果夜视图像小波变换与独立成分分析融合降噪方法 被引量：13

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作者 贾伟宽 赵德安 +3 位作者 阮承治 刘晓洋 陈玉 姬伟 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期9-17,共9页

对不同人工光源辅助下采集到的夜视苹果图像,通过噪声分析,判定苹果夜视图像的噪声以高斯噪声为主,并混有部分椒盐噪声。针对高斯噪声去除难题,将小波变换(Wavelet transform,WT)与独立成分分析(Independent component analysis,ICA)理... 对不同人工光源辅助下采集到的夜视苹果图像,通过噪声分析,判定苹果夜视图像的噪声以高斯噪声为主,并混有部分椒盐噪声。针对高斯噪声去除难题,将小波变换(Wavelet transform,WT)与独立成分分析(Independent component analysis,ICA)理论引入夜视图像的处理系统,为了最大程度地降低噪声污染,提出WT-ICA融合降噪方法。通过仿真实验,结果表明融合降噪效果较为理想。为了更好地评价夜视图像的降噪效果,以自然光下的图像为参照基准,提出相对峰值信噪比(Relative peak signal-to-noise ratio,RPSNR)的概念。对所采集到的不同的夜视图像进行多次重复实验,结果表明,从视觉上看WT-ICA降噪方法得到的低噪图像噪点明显减少;从RPSNR看,WTICA得到的低噪图像,分别比原始图像、小波软阈值降噪、ICA降噪方法平均提高29.94%、8.09%、7.54%;白炽灯下的图像处理后的RPSNR最高,适合作为人工光源。WT-ICA融合降噪方法通过连续处理,排除夜视图像的噪声干扰,得到的低噪图像更利于进一步识别,从而为实现苹果采摘机器人的全天候作业打下基础。 展开更多

关键词 苹果 采摘机器人 夜视图像 降噪 小波变换 独立成分分析

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苹果采摘机器人末端执行器抓持规划研究 被引量：2

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作者 罗大伟 姬伟 +1 位作者 李俊乐 赵德安 《信息技术》 2015年第1期44-46,49,共4页

针对苹果采摘机器人末端执行器抓持过程缺乏通用、有效的规划,现对三手指末端执行器与苹果的接触过程进行了研究。将稳定性归结为内力汇交多边形的存在性和内力汇交节点的位置。以汇交多边形的最大内切圆圆心为内力作用线的交点,求出各... 针对苹果采摘机器人末端执行器抓持过程缺乏通用、有效的规划,现对三手指末端执行器与苹果的接触过程进行了研究。将稳定性归结为内力汇交多边形的存在性和内力汇交节点的位置。以汇交多边形的最大内切圆圆心为内力作用线的交点,求出各内力的关系和满足摩擦锥约束的内力,避免了复杂的运算。最后算例说明了方法的可行性。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 抓持规划 柔顺控制

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