采摘机器人关键技术

中文标题：采摘机器人关键技术农机091第三组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。英文标题：ThePickingRobotkeytechnologyAbstract:Fruitandvegetableharvestingrobotforfruitsandvegetables,programmingtocompletetheharvestingofthesecrops,transportation,packingandotherrelatedtasksintheperceptionofautomatedmechanicalharvestingsystem.Thedesignoffruitandvegetablepickingrobotneedstosolvethemainproblemistoidentifyandlocatethefruit,andcompletedinaccordancewithcertaincriteriainconditionsthatdonotdamagethefruitdoesnotdamageplants,fruitandvegetableharvest.,Wemustalsoconsidereconomicfactors,toensurethatitscostthanitsalternativehighlaborcosts0引言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。1国内外现状国外农业机器人发展迅速。自1983年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经20多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑橘、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。我国采摘机器人的研究也逐渐起步，如上海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究，浙江大学对七自由度番茄收获机械手进行了机构分析与优化设计研究，中国农业大学对采摘机械手的视觉识别系统进行了研究。目前，比较典型的采摘机器人有西红柿，黄瓜，草莓和多功能葡萄采摘机器人等。1.11984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。1.2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。1.3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。1.4中国农业大学汤修映等人研制了6自由度黄瓜采摘机器人，采用基于RGB三基色模型的G分量来进行图像分割，在特征提取后确定果实采摘点，末端执行器的活动刃口平移接近固定刃口，通过简单的开合动作剪切掉黄瓜。1.5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。1.6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。1.7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。1.8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。2关键技术农业机器人的关键技术农业机器人集传感、监测、人工智能、通讯，图像识别和精密及系统集成等多种前沿科学技术与一身。2.1机器人的结构简单，如图一所示：2.2农业机器人的感觉系统机器人的手采用带有弹性触点的触敏元件、热敏元件、质量传感器、电位器等装置，在一定程度上有了手的功能。奇迹人的视觉系统和人的视觉系统类似，由信息获取，信息处理与特征抽取比较、判断分类等部分组成。2.3机械手臂的自适控制系统如图2所示：2.4目标的探测与定位技术：对作业对象的正确识别和定位是任何农业机器人正常工作所必需的前提。2.5自主导航与路径规划：自主导航是具有开放式结构农业机器人应具备的重要认知特性。2.6苹果采摘机器人末端执行器如下图：3农业机器人的发展与展望发展目前，大部分果蔬采摘机器人还处于研究阶段，离实用化和商品化还有一定的距离。其主要原因是：1机器人智能化程度没有达到农业生产的要求。农业生产的非结构性和田间工作的不确定性要求采摘机器人具有较高的的智能和柔性生产的能力。2采摘效率不高，普遍低于人工采摘。这主要是由于图像处理时间较长，以及机器人的自由度多，对其控制需要话费较长时间。3机器人的制造成本较高，而且其应用的季节性较强，使用效率较低。展望：果智能化机器人的研究需要在一下几个方面进行努力：1开发出智能化程度高的视觉处理系统，能够对要采摘的成熟果蔬进行准确的识别和精确定位。2提高图像处理硬件的处理速度，优化软件的算法，同时简化机器人结构，降低控制难度，从而提高采摘工作效率3设计开放式的采摘机器人，提高机器人的通用性。通过更换末端执行器既能采摘不同的果蔬，提高机器人使用效率。另外，还需要在机械手的结构、采摘工作方式和壁障规划方面加以改进，以提高采摘速度和采摘成功率，降低机器人自动化收获的成本，才可能达到实用化。4结论目前，农业机器人额适应性和通用性不足，智能化程度仍旧不够高等使得难以适应复杂多变的农业生产环境；再者，现在农业机器人的生产成本高、效率低。这两方面的原因使得农业机器人尚不合适走出实验室进行广泛的推广使用。随着各国对农业机器人发展的不断重视，同时对农业机器人的开发研究在资金和人力上的不断支持，相信农业机器人会得到一个长足的发展，并最终会走出应用，为农业发展做出自己的贡献。随着我国民经济的高速发展，农业产业结构的调整以及新技术的应用，机器人也定会广泛的应用到我国农业生产中。果品采摘作业是水果生了具实验室，实现商业化推广应用备的重要认知特性