طراحی، ساخت و ارزیابی روبات به منظور درجه بندی میوه بر اساس اندازه

تولید انبوه مرکبات در ایران، لزوم درجه بندی کیفی این محصولات را برای ورود به بازارهای جهانی تقاضا می کند. به همین منظور، در تحقیق حاضر، یک دستگاه سورتر (sorter) روباتیکی طراحی و ساخته شد تا بتواند میوه ها را بر اساس اندازه به سه قسمت کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم نماید. دستگاه شامل بخش های نرم افزاری و سخت افزاری می باشد. قسمت سخت افزاری دستگاه از دو واحد تشکیل شده است. واحد اول، واحد تصویر برداری می باشد که به وسایل ضروری از قبیل دوربین، بازوی روباتیکی و مدارات کنترل مجهز شده است. واحد دوم، شامل مدارات الکترونیکی، یک عمل کننده ی روباتیکی برای تقسیم کردن میوه ها و قطعات مورد نیاز برای انتقال اطلاعات می باشد. برای ارزیابی دستگاه که در دو مرحله صورت پذیرفت، از تعدادی میوه پرتقال استفاده شد. در مرحله اول که به صورت off line انجام گرفت، تصاویر پرتقال های فوق به کمک 12الگوریتم ارائه شده برای پردازش تصویر، مورد آنالیز و پردازش قرار گرفته و مقادیر پیکسل های مربوط به area وperimeter وmax diameter و min diameterبر اساس سه کانال رنگی r، g و b برای هر تصویر به صورت جداگانه اندازه گیری شده و ثبت گردید. این آزمایش در پنج تکرار انجام شد. همچنین قطر متوسط هندسی (gmd) برای هر میوه اندازه گیری شد و به عنوان معیاری از اندازه واقعی هر میوه در نظر گرفته شد. سپس مقادیر ضریب همبستگی بین اندازه واقعی میوه ها و مقادیر area، perimeter، max diameter و min diameter، که به وسیله پردازش تصویر محاسبه گردیده بود، محاسبه شد. نتایج مرحله اول آزمایش نشان داد که الگوریتم هایی که پردازش تصویر را بر اساس کانال های رنگی red و green انجام داده بودند، دارای correlation بیشتری بودند و از آنجا که مقدار correlation برای کانال های رنگی r و g یکسان بود، تنها چهار الگوریتمی که بر اساس کانال رنگی r عملیات پردازش تصویر را انجام می دادند برای ادامه آزمایشات به کار گرفته شدند. در ارزیابی دستگاه به صورت بلادرنگ، ابتدا دو مدل ریاضی برای تعیین حدود آستانه ها طراحی شدند و سپس به هر کدام از 4 الگوریتم انتخاب شده از مرحله قبل معرفی شدند. بدین ترتیب 8 الگوریتم جدید برای انجام عملیات sorting به صورت بلادرنگ ایجاد شد. سپس عمل جدا سازی پرتقال ها توسط ماشین و به صورت بلادرنگ، و با به کار گیری هر کدام از این 8 الگوریتم (به صورت مجزا)به همراه کلیه واحدهای سخت افزاری دستگاه، انجام شد. . این آزمایشات در چهار تکرار صورت پذیرفت و در آن عملکرد دستگاه در تقسیم کردن میوه های پرتقال مورد ارزیابی قرار گرفت. . برای ارزیابی دستگاه، تقسیم بندی بوسیله ی ماشین بینایی، با تقسیم بندی که به کمک تجربه و با بهره گیری از اندازه واقعی میوه ها انجام گرفته بود، مقایسه شد و میزان خطای دستگاه در تقسیم میوه ها بر اساس اندازه، محاسبه گردید. میانگین خطا در تقسیم بندی میوه ها بر اساس area، perimeter، max diameter و min diameter و با به کارگیری حدود آستانه های مربوط به مدل اول به ترتیب 27/2%، 27/2%، 61/10% و 54/4% و در هنگام به کار گیری حدود آستانه های مربوط به مدل دوم به ترتیب 51/1%، 51/1%، 57/7% و 33/8% بدست آمد. پس از مقایسه خطاهای بدست آمده از طریق آزمون lsd مشخص شد که هر دو مدل تعیین حدود آستانه ها، صرفنظر از نوع الگوریتم در بر دارنده آنها, دارای عملکرد مناسب برای sorting میوه ها می باشد و همچنین پس از بررسی معیارهای مختلف، معیارهای area و perimeter، به دلیل درصد خطای کمتری که داشتند، از قابلیت اطمینان زیاد تری برای استفاده شدن به عنوان معیار جداسازی برحسب اندازه، برخوردار بودند و حداکثر مقدار خطا در این الگوریتم ها کمتر از 3% بودند. عملکرد کلی دستگاه نشان داد که متوسط ظرفیت عملکرد هر واحد از این دستگاه، 1t. h-1 می باشد که می توان با به کارگیری واحدهای بیشتر و با کارکرد موازی، ظرفیت دستگاه را به نحو چشم گیری افزایش داد.