基于手持式采棉机的采摘口智能方向控制系统设计

【摘要】手持采棉机采棉的主要问题是劳动强度大,本课题通过对手持采棉机采摘头采摘动作的分析,找出了影响采摘劳动强度的主要原因,在此基础上对原采棉机采摘头结构进行改进设计,并利用数字图像处理技术通过构建的模拟实验平台实现了采摘口的智能方向控制,为棉花智能采摘的实现建立了一定的基础。课题主要研究内容：(1)改进采摘头。首先分析手持式采棉机采摘头采摘动作,得出改变棉花与采摘口的相对角度可以减轻劳动强度。其次对采摘头结构重新设计,建立了图像采集系统和智能化控制系统,通过对摄像头获得的图像进行处理得到棉花与采摘口的相对位置,以此计算电机转角并控制电机转动实现采摘口的智能方向控制。(2)处理棉花图像。首先使用灰度变换、阈值化和开闭运算对采集的棉花图像进行预处理。然后使用区域标记和边界跟踪将棉花图像从背景中分割出来。最后将棉花轮廓近似地看成一个圆,使用随机霍夫变换找到圆心从而确定棉花位置。使用随机霍夫变换可以在棉花被遮挡的情况下减小定位的误差,减少程序执行时间。(3)采摘口寻棉控制。首先提出从多个棉花中选择目标棉花的策略,棉花与采摘口同侧最优,棉花距采摘口距离最近次之,采摘口摆动幅度最小最次。然后给出电机转角计算公式,最后使用串口通讯将转角信息由电脑实时地传递给单片机,再由单片机控制两个电机的转动。(4)系统模拟采摘试验。选择目标棉花判断的成功率、采摘口与棉花的对齐偏差和采摘口单次调整的时间作为评价指标,光照、棉花姿态、棉花个数和棉花重叠率作为影响因素进行正交试验。试验表明：目标棉花判断的成功率主要受光照的影响,光照越强成功率越低；采摘口与棉花的对齐偏差主要受棉花姿态的影响,在棉花朝下和侧面的时候对齐偏差较大；采摘口单次调整的时间主要考虑图像处理时间,在棉花个数大于5个时图像处理时间会有所增加。
【作者】周文超；
【导师】缪培仁；
【作者基本信息】南京农业大学，农业工程，2013，硕士
【关键词】手持式采棉机；棉花；图像识别；采摘头；结构改进；

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