采摘是农业果蔬生产过程中最为费时费力的环节,劳动力的短缺和人工成本的增加使得果蔬生产的成本不断增长。采摘机器人的出现提高了果蔬的生产效率,这不仅具有现实意义,也是农业智能化、无人化的必然趋势。本文以番茄为采摘对象,利用机器人技术、计算机视觉、图像处理等技术,设计了一台番茄采摘原型机器人。主要研究内容与方法如下:(1)根据番茄采摘机器人的作业特点及要求,对采摘机器人做了整体设计,并对移动平台、机械臂、立体视觉方案和控制器做了选型。(2)采用D-H建模法对采摘机器人的机械臂进行正运动学分析,并用代数法求得逆运动学的解,从而得到每个关节需要转动的角度;为了使机械臂能够平稳地运行,在关节空间进行了轨迹规划,并将直线抛物线混合轨迹规划与五次多项式轨迹规划方法进行了对比。(3)对常见的图像去噪方法进行了对比,根据结果选择了中值滤波;对RGB颜色空间下的番茄图像做了颜色分析,针对分析结果,设计了一种基于色差算子的OTSU分割算法,经过形态学处理后得到了番茄的二值图像,再通过边缘检测与质心提取便可成功识别出单个果实;对于重叠果实,先用基于色差算子的OTSU法与形态学分割出番茄区域,利用canny算子对分割后的彩色番茄图像进行边缘检测,并将其结果与形态学处理后的结果进行异或运算。再将异或运算后的结果进行腐蚀处理可使得被遮挡果实与未被遮挡果实的分离更加明显。对于未被遮挡果实,通过边缘检测来得到其轮廓,对于被遮挡果实,利用凸包处理、泛洪填充与Hough直线检测相结合的方式提取了其真实轮廓。最后利用最小二乘法对果实边缘进行椭圆拟合,得到重建后的轮廓,并通过计算得到果实的质心点。(4)介绍了相机成像原理,以及图像坐标、摄像头坐标和世界坐标之间的转换关系;叙述了张正友标定法的原理,并利用MATLAB对双目相机进行标定,得到了两摄像头的内部参数与两摄像头之间的位置关系;利用标定获得的相关参数对双目图像进行畸变校正与立体校正;设计了一种以质心为特征点的匹配方法,通过添加约束条件使得同一番茄的质心点在左右两幅图像中能够一一对应;根据空间定位原理得到目标番茄的三维空间信息。(5)对设计的内容进行了仿真与实验。实验结果表明,该采摘原型机器人能够平稳的摘取番茄果实,且具有较高的成功率,从而验证了整个系统及相关算法的正确性与可行性。