移栽机器人作为育苗工厂化生产的重要设备,在提高育苗工作效率上有着重要意义。本文采用机器视觉技术提取穴盘幼苗的特征参数,判断适合移栽的幼苗位置,并自动识别缺苗和坏苗；同时设计了合理的试验样机,并开发了上位机控制平台,与下位机PLC控制器互相通信,实现了机械臂及末端执行器的定点移栽作业。试验表明,样机视觉识别系统识别准确率能够达到97%以上,移栽成功率为95.76%,本研究相关内容可以为移栽机器人的最终研制提供参考和借鉴。主要研究内容如下：1.建立了适合本研究的机器视觉系统。该系统由试验光源、CCD摄像头、计算机及机器视觉软件组成。2.建立了适合本研究的试验样机。该试验样机由输送系统、控制系统、机器视觉系统、移栽系统四部分组成。3.完成了基于机器视觉技术的番茄幼苗的特征参数检测和缺苗坏苗识别系统设计。采用对比度调整方法将穴盘与传输带背景分割；采用图像相减法ExG-ExR实现幼苗与穴盘背景分割；采用双固定阈值法提取穴盘框架区,从而实现对框架基本结构的识别；采用迭代法求图像最佳分割阈值,获取二值图像,提取叶面积参数；通过统计各穴孔区域叶面颜色参数R、G、B平均值,作为坏苗评估参考依据；通过中心法、型心法与手工提取苗根茎位置比较,选择型心法提取根茎位置。试验验证,该机器视觉系统对于6×12孔穴盘番茄幼苗识别准确率为98.0%,对于8×16孔穴盘幼苗识别准确率为97.8%。4.研制了移栽机器人的PLC控制系统。系统由PLC控制器(下位机)、计算机(上位机)、摄像头、光电传感器、步进电机、电磁继电器、限位开关等几部分组成。上位机软件控制平台通过RS-232串口实现和PLC下位机之间的通信,将视觉系统获取的位置信息传送至PLC, PLC发送信息驱动步进电机及电磁继电器,实现了对机械臂和末端执行器的运动控制。步进电机采用升降速曲线控制方法以克服失步和过冲现象。通过对五种不同的移栽路径方案的比较,并结合机械臂移动距离和换行次数两因素,选择了优化的路径方法,减少了移栽时间,提高了工作效率。5.根据穴盘幼苗的特性,开发了移栽机器人的末端执行器。末端执行器由步进电机驱动,采用手指式抓取方式。本文对两种不同机械结构手爪移栽效果进行了试验比较,试验表明,采用斜楔杠杆式末端执行器具有较好的抓取效果,移栽成功率为95.76%,而采用滑槽凸轮动力盘末端执行器,在机械臂移动过程中抖动比较大,使得幼苗脱落,移栽成功率仅为52%。6.针对本课题应用需求,开发了上位机软件和下位机软件。上位机软件采用VisualC++6.0开发环境,包括图像采集模块、图像处理模块、串口通信控制模块、特征提取模块、位置检测模块、移栽位置信息传输模块、移栽控制模块、图像显示模块和用户界面模块。下位机软件采用编程软件Powerpro2.1.2开发环境,用梯形图完成控制程序编写。上位机主要完成静态分析和动态自动移栽控制,具有通用性,适合于多种不同规格的穴盘幼苗移栽功能。