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工厂化种植双孢菇自动采摘系统关键技术研究

工厂化种植双孢菇自动采摘系统关键技术研究

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作者：易山林扬州大学

学位级别：硕士

作物的工厂化种植是传统农业向新型农业转变的特征之一。双孢菇在进入工厂化种植之后,产量得到了大幅提升,但采摘环节仍以人工采摘为主,成本高、效率低。因此,实现双孢菇自动化采摘具有重要意义。本文以工厂化立体种植的双孢菇为研究对... 详细信息

作物的工厂化种植是传统农业向新型农业转变的特征之一。双孢菇在进入工厂化种植之后,产量得到了大幅提升,但采摘环节仍以人工采摘为主,成本高、效率低。因此,实现双孢菇自动化采摘具有重要意义。本文以工厂化立体种植的双孢菇为研究对象,进行了双孢菇自动采摘系统关键技术研究,提出了高效的双孢菇识别算法,并在此基础上研制了双孢菇自动采摘系统样机。主要研究工作如下:(1)针对菇床层间距离狭小采摘动作难以执行,无差别采摘易损伤蘑菇,采摘机器难以换层等问题,进行了双孢菇自动采摘系统机械结构设计,该系统包括移动采摘平台和辅助换层模块两个部分,在此基础上进行了视觉模块设计。(2)针对双孢菇大面积粘连难以识别的问题,提出了一种粘连菇群分割识别算法。首先进行了双孢菇图像的二维特征分析,通过Otsu阈值分割算法和多次形态学开操作过滤掉复杂背景,然后针对双孢菇大面积粘连区域提出了像素预处理和分水岭标记迭代制备方法,最后通过基于标记的分水岭算法实现双孢菇个体的分割和识别。使用该算法对双孢菇图像样本进行处理,结果显示算法正检率达到了95.7%,单张双孢菇图像平均处理时间为705.7ms。以人工标记结果为标准,与传统霍夫圆算法拟合结果进行对比,结果表明本文算法在确定菇帽中心坐标和直径测量方面比霍夫圆算法更加有效。(3)为简化双孢菇自动采摘系统的控制方式,设计了整机运动控制系统。硬件方面,根据系统功能需要确定了移动采摘平台的运动控制器,通过分析各方向上运动特点,进行了各运动执行元件的选型工作,完成了采摘平台的硬件总成。软件方面,根据系统工作流程,设计了主控制程序、移动采摘平台控制程序、辅助换层模块控制程序,使用MFC界面创建库设计了采摘平台的运动控制界面。(4)在完成以上研究工作的基础上,搭建了一台双孢菇自动化采摘系统样机,并在实验室模拟环境下进行了整机测试。测试结果表明,移动采摘平台的采摘成功率为93.32%,单个双孢菇平均采摘用时为7.76s,能够顺利完成预设作业流程,辅助换层模块换层平均用时99.6s,达到了主要技术参数设计目标,为后续双孢菇自动采摘系统研发提供了技术基础和解决方案。

关键词：双孢菇自动采摘移动采摘平台辅助换层模块识别算法

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