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农机自动监测与控制技术 第12讲 农业收获机器人 按收获的农产品来分类 一、水果收获机器人 二、蔬菜收获机器人 水果收获 收获是水果生产中最重要和最耗时费力的环节，收获效果的好坏还会直接影响到后续的存储与加工过程。在很多国家，由于劳动力的高龄化和人力资源的缺乏，使得人工收获成本几乎占整个水果生产成本中的一半，并且有些果实采摘作业使用人工存在一定的危险性，因此实现水果收获的机械化变得越来越迫切。 传统的水果收获方法 机械推摇采果机：树干和主树枝(视频) 机械撞击采果机 气力摇晃采果机 水果收获机器人 水果采摘机器人采摘水果时，首先要利用视觉系统获取水果的具体位置信息，然后将机械臂移动到采摘的最佳位置，最后再进行采摘。 因此，准确的获取目标水果的三维位置信息是水果采摘机器人视觉系统的主要工作。 →传感器 采摘对象特点 目前视觉系统的采摘对象仍局限于颜色和背景差距较大的、形状规则的水果，如红色的苹果、柑桔、西红柿等。因为前景和背景颜色差距大，可以通过颜色特征很好的对图像进行分割，将水果从复杂的背景中提取出来。而形状规则的则可通过提取其边缘特征，通过模式识别等方法将水果从复杂的背景图像中提取出来。 视觉传感器 由于采摘环境的复杂性，比如：水果及树叶的遮挡、光照对采摘的影响等等，使得识别定位水果的工作难度大大增加。 分类： 单目系统； 双目系统。 获取水果的三维位置信息 一个彩色相机只能得到目标的二维位置信息和成熟度信息，而无法获取其三维位置信息。没有纵深距离，机器人就不能进行采摘。因此，对于纵深距离不固定的水果采摘环境，必须至少再增加一个测距工具才能获取其纵深距离。目前常用的测距工具可以是彩色相机、激光测距仪、超声波传感器等。 获取水果的三维位置信息 对于两个相机构成的视觉系统可以采用双目立体视觉方法来获取其三维位置信息。激光和超声波均可以采用渡越时间法来测量纵深距离，也都可以采用对物体反射光特征或声波特征进行分析的方法来获取其纵深距离。激光的优势在于它的辨析度较高，可以发射点对点的激光束；而超声波的优势在于操作简单、价格便宜，但是声波的传播基本可以看作是一个圆锥形，不仅传输速度慢，而且如果距离较长，声波能量损失较大，准确性较差。 激光测距仪 激光测距仪内部的旋转镜一边改变方向，一边根据发射出的激光经物体反射回来所经过的时间检测距离，即用二维（扇形）信息检测出周围的物体。扫描角最大为180度，扫描间隔可为0.25、0.5或1度。收集到的距离和角度数据通过RS-232或RS-422接口输入到计算机中。发射光源采用红外激光二极管，符合激光的1级安全标准，对人眼安全。另外，也有带有雾、雨、雪影响校正功能的户外型仪器。 激光测距仪 激光测距仪被一个升降装置带动在垂直方向上下移动，同时做一个扇形的扫描来获取果实目标的三维信息。 如果探测到的相邻两个像素之间的距离大于50mm就认为是两个目标水果，这样就可以感知到同一簇上紧靠在一起的水果。 激光测距仪 采摘的难点 最主要的一个难点是遮挡问题。 如何解决？ 增加机器人手臂的自由度？ 改变栽培模式。 栽培方式的改进 末端执行器 收获机器人图片与视频 视频 柑橘收获机器人 苹果收获机器人 草莓收获机器人 西瓜收获机器人 黄瓜收获机器人 西红柿收获机器人 茄子收获机器人 甘蓝收获机器人 图像识别算法 甘蓝收获末端执行器 葡萄收获机器人 柑桔收获机器人 柑橘收获机器人 Construction of the AFPM 比利时的苹果采摘机器人 1995年 西瓜收获机器人（１） 1997年 西瓜收获机器人（２） 2002年 西瓜收获机器人（３） 制动机构 手爪 液压油缸 视觉传感器 甘蓝收获机器人 茄子收获机器人 智能化研究所的水果收获机器人研究情况 相关视频 工业机器人 立体视觉 末端执行器 智能化研究所的水果收获机器人研究情况 相关视频 损伤大 机械撞击采果机 图7-21 吸气式振摇采果机 1.杂物排出口 2.风机 3.果实沉降室 4.输送带 5.吸风道 6.采吸口 叶表面 叶被面 果实 藤枝 波长 反射率 遮挡 光照影响 肘关节电机 抓摘、 剪切电机 果实推出电机 肘关节旋转变位器 抓摘剪切 变位器 果实推出变位器 抓摘部 剪切部 抓摘弹簧 果实推出部 柑桔的树枝硬，需用剪刀或刀片将其剪下。 人工肌肉 气缸1 气缸2 气缸 剪刀 3个指头分布为上2指，下1指。上2指之间是结果的树枝插入位。当手指抓住果实后，驱动气缸1将剪刀伸出50mm，气缸2带动剪刀剪断树枝。 爪里组装有检测果实位置的摄像机 收获过程： （1）用吸力盘固定柑桔。 （2）将柑桔吸入