采摘机器人关键技术.ppt

------------------农机112班 * * 采摘机器人关键技术 引言 国内外现状 关键技术 农业机器人的发展与展望 结论 摘要: 果蔬采摘机器人是针对水果和蔬菜，通过编程能完成这些作物的采摘，输送，装箱等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统。设计果蔬采摘机器人需解决的主要问题是识别和定位果实，在不损害果实也不损害植株的条件下，按照一定的标准完成果蔬的收获。同时，也要考虑经济因素，要保证其成本不比其所替代的人工成本高。 果品采摘作业是水果生产链中最耗时，最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行，其费用月约占成本的50%-70%，并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。 果品采摘作业是水果生产链中最耗时，最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行，其费用月约占成本的50%-70%，并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。返回 国内外研究现状： 首次应用机器人技术进行果蔬收获的是美国学者 Schertz和 Brown于 1968年提出的[ 3 ] ,但当时开发的收 获机器人样机只能算是半自动化的收获机械。 随着计算机图像处理技术、 工业机器人技术以及人工智能 控制等技术的发展和日趋成熟 ,日本、 美国、 荷兰、 法 国、 英国、 意大利、 以色列、 西班牙等国家在采摘机器人 的研究上做了大量研究工作 ,并且试验成功了多种具 有人工智能的采摘机器人。但是由于采摘对象的复杂 性和采摘环境的特殊性 ,目前市场上仍没有商品化的 采摘机器人。 1 1984年，日本京都大学的川村等人开始开始了对番茄采摘机器人的研究，并研制出一台具有5自由度关节型机械手的机器人。 2 近藤等人研制出气吸式草莓采摘机器人，针对特定栽培模式---坡面上种植和平面种植，研制出了3种草莓采摘机器人并分别进行了实验。 3 荷兰农业环境工程研究所研制出一种多功能黄瓜采摘机器人。机械手有7个自由度，采用三菱RV-E26自由度机械手，在底座上增加了1个线性滑动由度，采摘成功率约为80%，每采摘1条黄瓜需时间45s。 4 日本冈山大学研制的葡萄采摘机器人 采用5自由度的极坐标机械手。视觉传感器一般采用彩色摄像机。该机器人的特点是,为了提高使用效率,开发了多种末端执行器,除了能完成采摘作业,更换其他的末端执行器还可以完成喷雾、 套袋和修剪枝叶等作业 5 甜瓜收获机器人以色列和美国联合研制了一台甜瓜采摘机器人。该机器人主体架设在以拖拉机牵引为动力的移动平台上 ,采用黑白图像处理的方法进行甜瓜的识别和定位 ,并根据甜瓜的特殊性来增加识别的成功率。试验表明 ,该机器人可以完成 85%以上的田间甜瓜的识别和 4 韩国庆北大学研制了苹果采摘机器人，具有4自由度，包括3个旋转关节和1个移动关节。 5 西班牙研制了柑橘采摘机器人，有摘果手、彩色视觉系统和超声传感电位器3部分组成。 6 中国农业大学的孙明等人为苹果采摘机器人开发了一套果实识别机器视觉系统。 7浙江大学利用机器视觉技术研究了树上柑橘的识别方法。 此外，各国研究人员还在进行西瓜、甘蓝、茄子等果蔬的采摘机器人技术研究。 返回 1　 西红柿采摘机器人 1993年 ,日本近藤等人研制出一台具有 7自由度的西红柿收获机器人。该机器人由机械手、 末端执行器、 视觉传感器和移动机构等组成 (见图 1)。末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成。通过彩色摄像机来寻找和识别成熟果实 ,利用双目视觉方法对目标进行定位。采摘时 , 4轮行走机构行走指定的距离后 ,进行图像采集 ,利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息 ,判断西红柿是否符合收获标准,若符合 ,则控制吸盘把果实吸住 ,再由机械手指抓住果实 ,然后通过机械手的腕关节拧下果实。该采摘机器人的采摘速度约为 15 s/个 ,成功率约为 70%。该机器人存在的问题是有些被叶茎遮挡的成熟西红柿没有被成功采摘。 2004年 ,美国加利福尼亚西红柿机械公司在当地农业博览会上展出 2台全自动西红柿采摘机 (见图2)。该采摘机长 12 . 5 m、 宽 4 . 3 m,每分钟可采摘 1 t多西红柿。