河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李 旗 倪江南

為了全面提升采摘機(jī)器人的運(yùn)行效率，本文基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)結(jié)合光學(xué)導(dǎo)航的技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)。在實(shí)際運(yùn)行中，可以利用激光掃描與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合的方式，提升采摘的整體準(zhǔn)確性與效率性，滿足當(dāng)下采摘機(jī)器人的使用需求。

1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究領(lǐng)域，主要可以分為圖像處理、模式識(shí)別、圖像識(shí)別、景物分析以及圖像理解等諸多的技術(shù)環(huán)節(jié)。圖1為計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖。

圖1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖

1.1 圖像處理

圖像處理技術(shù)是一種可以將輸入其中的圖像實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的技術(shù)，形成所希望呈現(xiàn)的圖像特征，該技術(shù)主要是利用計(jì)算系統(tǒng)將圖像中的特征進(jìn)行提取與處理。例如，在對(duì)某圖像進(jìn)行處理的過(guò)程中，可以將一些較高信噪比的圖像信息進(jìn)一步處理，以便突出圖像當(dāng)中的細(xì)節(jié)，便于工作人員的后續(xù)操作處理。

1.2 模式識(shí)別

模式識(shí)別技術(shù)是一種對(duì)圖像提取一些特征信息或一些結(jié)構(gòu)性信息，將其分為不同的類型。例如，對(duì)于文字以及指紋信息的識(shí)別，就可以區(qū)分這兩種信息。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的模式識(shí)別技術(shù)，可以對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的信息分類與整合。

1.3 圖像理解

在對(duì)一幅既定的圖像分析中，圖像理解程序可以很好的對(duì)圖像本身進(jìn)行描述，同時(shí)也能對(duì)其進(jìn)行解釋，并基于圖像中的實(shí)際內(nèi)容做出相應(yīng)的判斷，因此在人工智能視覺(jué)的研究中，經(jīng)常將其利用在一些景物的分析中。

2 視覺(jué)導(dǎo)航和液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)就是一種基于人體行為規(guī)律的參考，例如在行走移動(dòng)功能、感知功能、作業(yè)能力等方面的設(shè)計(jì)中，就需要利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)來(lái)推動(dòng)機(jī)器人的操作。另外，還需要利用相關(guān)程序，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行行為動(dòng)作的編程，以此滿足各種不同工作情景下的動(dòng)作需求。

可以安裝視覺(jué)自動(dòng)導(dǎo)航功能，幫助采摘機(jī)器人形成環(huán)境圖像，以此更加全面的規(guī)劃動(dòng)作路徑。在采摘機(jī)器人的路徑規(guī)劃過(guò)程中，通常都是基于仿真模擬的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，將其導(dǎo)入地圖，并將其以bmp的格式進(jìn)行保存。在這樣的設(shè)計(jì)模式下，圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)都是一個(gè)單獨(dú)的柵格，可以形成準(zhǔn)確性較高的路徑。

在采摘機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，可以基于導(dǎo)入的環(huán)境地圖并采用實(shí)時(shí)圖像處理的方式，及時(shí)確定具體的目標(biāo)；同時(shí)，還可以進(jìn)行路徑的合理規(guī)劃。采摘機(jī)器人上的圖像傳感器可以實(shí)時(shí)的采集到圖像，并對(duì)其圖像進(jìn)行平滑處理形成清晰度較高的圖像，這樣在行走路線規(guī)劃的過(guò)程中，就能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確高效的采摘操作。采摘機(jī)器人中的液壓伺服系統(tǒng)主要包含液壓泵、液壓執(zhí)行元件以及電液伺服閥等諸多設(shè)備構(gòu)件，其中所使用的電液伺服閥是整個(gè)液壓系統(tǒng)中的核心組成部分，其可以將電信號(hào)進(jìn)行液壓化，并對(duì)液壓缸中的流量實(shí)現(xiàn)控制，以便全面控制機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)。圖2為采摘機(jī)器人機(jī)械液壓控制原理圖。

圖2 采摘機(jī)器人機(jī)械液壓控制原理圖

3 光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)在采摘機(jī)器人中的應(yīng)用

光學(xué)導(dǎo)航裝置可以幫助采摘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主化的采摘作業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)高效的采收作業(yè)，需要讓光學(xué)導(dǎo)航裝置對(duì)其作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全面的檢測(cè)，同時(shí)也可以利用激光掃描的方式，幫助采摘機(jī)器人確定位置。在完成定位操作之后，還需要測(cè)量與實(shí)際采摘對(duì)象之間的距離。在這樣的操作模式下，讓采摘機(jī)器人可以鎖定采摘對(duì)象，完成采摘操作。

激光掃描功能已成為自主導(dǎo)航系統(tǒng)中十分重要的組成部分，同時(shí)也是一種重要的導(dǎo)航方式。在操作的過(guò)程中，主要利用激光掃描的方式得到各種農(nóng)機(jī)的角度、距離等方面的信息，將其相關(guān)信息反饋到導(dǎo)航控制系統(tǒng)中，這樣便可以實(shí)現(xiàn)高精度的自主化農(nóng)機(jī)導(dǎo)航處理。

采摘機(jī)器人在運(yùn)行的過(guò)程中，測(cè)量被采摘對(duì)象的角度。在確定了角度信息之后，便能夠基于視覺(jué)技術(shù)計(jì)算出與采摘對(duì)象的實(shí)際距離，并利用激光掃描的方式確定自身的位置信息以及與被采摘對(duì)象之間的距離，以此驅(qū)動(dòng)自身的移動(dòng)模塊來(lái)到合適的采摘位置，完成采摘工作。在采摘之后還可以利用視覺(jué)模塊對(duì)果實(shí)的成熟度進(jìn)行詳細(xì)的分析與識(shí)別，這樣便完成了一整套采摘任務(wù)。

視線信息就是在采摘機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)程中，需要對(duì)采摘機(jī)器人進(jìn)行視線方面的測(cè)量，以此明確采摘機(jī)器人自身的位置與坐標(biāo)。這樣的功能可以對(duì)自主導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，避免出現(xiàn)位置方面的誤差。

機(jī)器人的視覺(jué)技術(shù)往往與光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，其可以分為兩部分，分別為上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)。在上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由圖像檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及無(wú)線通信系統(tǒng)所構(gòu)成，同時(shí)在一些采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，也使用了信號(hào)采集系統(tǒng)。在運(yùn)行中，能夠?qū)Σ烧獧C(jī)器人運(yùn)行的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的記錄，并對(duì)其作業(yè)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。在下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，基本上由導(dǎo)航系統(tǒng)、采摘機(jī)器人、自動(dòng)充電系統(tǒng)所構(gòu)成，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的物理控制。

在采摘機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，激光器旋轉(zhuǎn)后便可以通過(guò)掃描的方式得到一系列發(fā)射角數(shù)據(jù)信息。在眾多的發(fā)射角數(shù)據(jù)中需要選擇3個(gè)發(fā)射角，并進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)算分析之后，便能夠得到較為準(zhǔn)確的采摘機(jī)器人位置坐標(biāo)。采摘機(jī)器人也可以利用激光掃描的方式，確定其自身的全局坐標(biāo)位置。

4 采摘機(jī)器人光學(xué)導(dǎo)航定位測(cè)試

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，采摘機(jī)器人的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。在投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之前，需要保障采摘機(jī)器人可以對(duì)采摘對(duì)象準(zhǔn)確定位，特別是在一些果實(shí)比較小的果樹(shù)采摘中，對(duì)采摘有著較高的要求。

采摘機(jī)器人在采集圖像信息后，一般會(huì)采用曝光融合的處理方式實(shí)現(xiàn)圖像信息的全面處理和分析。在基于特定的圖像處理算法之后，才可以實(shí)現(xiàn)圖像特征的信息提取。本系統(tǒng)中的導(dǎo)航系統(tǒng)，需要基于圖像特征對(duì)采摘機(jī)器人以及果實(shí)圖像實(shí)現(xiàn)測(cè)算分析,以便能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航作業(yè)。為了保障采摘的精準(zhǔn)性，可以利用定位測(cè)試的方式對(duì)采摘機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析和確認(rèn)。相關(guān)工作人員進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，采摘機(jī)器人在此設(shè)計(jì)方式下可以實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的采摘作業(yè)。因此，將這種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用到采摘機(jī)器人上，有著較強(qiáng)的可行性。

總結(jié):為了保障采摘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)較高的采摘準(zhǔn)確性與效率，需要提升采摘機(jī)器人的自身定位導(dǎo)航精確度，同時(shí)也需要利用光學(xué)導(dǎo)航的方式使采摘機(jī)器人可以及時(shí)的采集到各種圖像信息，進(jìn)行全面的信息數(shù)據(jù)分析與處理?，F(xiàn)階段的采摘機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)受到外界因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際的采摘操作無(wú)論是在效率還是在準(zhǔn)確性方面，都存在著嚴(yán)重的問(wèn)題。本文所討論采用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可以賦予采摘機(jī)器人光學(xué)導(dǎo)航的高效率運(yùn)行邏輯，在采集到各種數(shù)據(jù)信息之后，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像信息的高精度分析、整合，以此更加準(zhǔn)確的了解此時(shí)采摘機(jī)器人的位置，并發(fā)出最佳的操作指令。采摘機(jī)器人這樣的操作方式已經(jīng)得到了較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)良好的采摘效果。特別是在完成采摘操作之后，還能夠利用視覺(jué)識(shí)別技術(shù)保障數(shù)據(jù)信息得到針對(duì)性的處理。