机器人概论资源 李云江 第6章 生物生产机器人.ppt

(1)末端执行器 末端执行器采用左右安装的、内侧贴有一层橡胶皮的弯曲手指，手指的张开和闭合采用小型直流电机驱动，通过控制电流的强度控制手指的力度，并通过拉扯摘下果实。但手指的力度不易控制，因此设计了柔性手爪。有3个橡胶手指的柔性手爪，采用了气压驱动橡胶人工肌肉作为执行机构，能柔性地抓住果实且不易脱落。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 (2)收获作业 番茄收获机器人的收获流程如图所示。电瓶车移动时，机械手处于易移动、不碰到周围作物的状态。电瓶车停止后，摄像机输入图像，利用两眼立体视觉器检测红色果实的位置，将此位置变换成机械手坐标系的位置，判断是否在收获范围内。若可以收获，判断是否在此位置收获第1个果实，若是，此位置为第1个点，则转 C处计算摘果实要通过的第2点坐标，然后机械手通过第2点靠近并拧断果梗。计算第2点到第1点的坐标距离，手腕向下倾斜，手指张开，将果实放入收集筐中。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 6．樱桃番茄收获机器人 樱桃番茄是最近几年新开发的一种新产品，一个果柄上可以结多个果实，并且有的果实已经成熟，而有的未成熟，因此，收获时需要进行选择。此外，收获时必须带有果梗，才能拥有较高的商品价值。 （1）极坐标收获机器人 极坐标樱桃番茄收获机器人可以进行选择性收获，机器人主要包括小电瓶车、一个机械手、末端执行器、3D视觉传感器和控制系统。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 （2）多功能机器人 日本研制的多功能机器人，类似于番茄收获机器人，只要更换其末端执行器、传感系统和软件，就可以进行多种作业。收获樱桃番茄的末端执行器包括吸管、夹子、弹簧、线圈和3对光电传感器等。当吸管吸住果实后，通过3对光电传感器检测果实的位置。如果果实位置合适，夹子就将果梗剪断，将果实通过气管进入收集箱中。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 6.3.2 黄瓜收获机器人 黄瓜是常见的蔬菜，设施农业中的种植面积非常大，并且生长快，成熟后易肥大，收获最佳期短，果实不定期成熟，因此，急需收获机器人。 1． 栽培方式 设施栽培中常见的黄瓜栽培方式是将黄瓜用细绳垂直向上牵引生长，果实与叶子茎秆混杂在一起，大的叶子经常遮住黄瓜，不利于人工或机器人收获。日本开发了新型的栽培方式——倾斜格子架式，黄瓜和茎叶分开，使机器人容易检测出黄瓜的位置，完成收获。倾斜格子架与水平面所成夹角越小，果实与茎叶的分离程度将越明显，但当果实越接近地面时，作业空间越小，越不利于机器人收获。因此，倾斜格子架要有一个适宜的角度。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 2.倾斜格子架栽培黄瓜收获机器人 日本根据黄瓜的倾斜格子架栽培，研制出了黄瓜收获机器人，包括机械手、末端执行器、视觉系统和移动机构。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 （1）机械手 为适应黄瓜的栽培模式，机械手在根部有一个与黄瓜倾斜格子架角度相同的直动关节，使整个机械手可以在与倾斜格子架平行的方向移动，另5个旋转关节可以做出各种姿态，接近果实。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 （2）末端执行器 成熟的黄瓜遍身带刺，并且在顶部带有黄花，这些刺和黄花是衡量黄花质量好坏的标准之一，因此收获时必须尽量减少对黄瓜表面的损伤，要轻柔地抓住并切断果梗。 该机器人的末端执行器包括一个手爪、一个检测器和一个剪刀。手指先用6N的力在离果实顶部3cm的位置抓住果实，然后检测器和剪刀向上滑动，并且保持检测器与果实一直接触，直到电位计检测到果实与果梗之间的连接点，完成检测，安装在检测器下方的切刀用12N的力将果梗切断。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 （3）视觉系统 由于黄瓜果实与茎叶的颜色相似，该机器人采用远红外传感器检测黄瓜的距离，并利用黄瓜与茎叶不同的光反射波长进行检测。这里采用带有550和850nm过滤器的黑白摄像机，利用两个不同的过滤器得到两个图像，按下述公式计算： 由于果实在850nm的反射强，使果实图像的灰度值增大，而其他对象在850nm的反射比较弱，这样可以很容易区分有阴影果实的阀值，通过比较两个果实的R值，就可以判断哪个果实的距离更近。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 （4）作业流程 该收获机器人收获流程框图如图所示。机器人采用三维视觉传感器，获取果实的位置。张开手爪抓住果实，检测和切断机构上升，直至检测出果梗的位置，判断出果梗的直径是否小于6mm。若小于6mm，检测机构停止上升，切断机构闭合，切断果梗，把持机构闭合，检测切断机构下降，结束作业。若果梗直径大于6mm，重新检测果梗的位置。 第6章 生物生产机器人 6.3 应用实例 3．荷兰黄瓜收获机器人 荷兰黄瓜种植面积和产量大，人工收获费