杏鲍菇接种视觉伺服控制系统的设计与实现

作     者：孟祥秀 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱学军;赖惠鸽

授予年度：2021年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：杏鲍菇接种 图像识别精准定位 机械臂时间最优轨迹规划 PLC控制 通讯 

摘      要：随着人们对食用菌需求的提高,食用菌产业得到快速发展,促进食用菌产业由人工栽培模式逐步转向工厂化生产模式。对宁夏彭阳杏鲍菇生产基地调查发现,在杏鲍菇接种环节依旧需要手工操作完成,存在着接种不规范、环境污染、液态菌种注射量不精确等问题。基于上述问题,本文设计了一套杏鲍菇接种自动化控制系统。该系统可以取代人工完成杏鲍菇接种作业,不仅可以提高杏鲍菇接种效率,还能节约人工成本。该系统主要包括三个方面,分别是图像识别、机器人轨迹规划和PLC控制。为了实现对杏鲍菇培养基盛装袋中心的精准定位,本文使用图像识别技术求出盛装袋的中心坐标。分别使用最大值法、平均值法和加权平均法对图像进行灰度处理,并对三个灰度图像进行图像分割,结果表明后两种方法得到的灰度图像可以在灰度处理之后使得目标区域突显出来。基于遗传算法优化最大类间方差法的阈值求解,提升了阈值分割的计算效率。为了提高图像识别速率,以单筐12个杏鲍菇培养基为单位,直接识别出12个目标区域并求出其中心坐标。最后使用MATLAB对棋盘格进行相机标定。为了提升机械臂的工作效率,使用粒子群算法对机械臂进行时间最优轨迹规划算法分析。首先建立D-H坐标系,研究六轴机械臂的正逆运动学算法,利用Pieper解法求解六个关节的逆解。研究空间直线插补算法和空间圆弧插补算法,分析机械臂末端轨迹。使用粒子群算法优化3-5-3轨迹插值多项式,通过仿真验证机械臂的运行时间更短,且稳定性好。最后使用离线编程方式将机械臂控制程序导入到机械臂控制器。使用博途软件编写PLC程序,包括杏鲍菇接种生产线控制程序、PLC与MATLAB之间的MODBUS TCP通讯程序、PLC与机械臂之间的PROFINET通讯模块,实现了与MATLAB、机械臂的数据交互和杏鲍菇自动化接种。对中小企业生产流程自动化关键工序的控制有借鉴意义。