果蔬采摘機(jī)械人的研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-07-19 04:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖7)。系統(tǒng)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN算法)提取果實(shí)的二值圖像,采用模板匹配的方法識(shí)別合格的甘藍(lán)。試驗(yàn)表明,采摘的成功率為43%,工作速度為55 s/個(gè)。影響成功率的主要原因是光照條件的不穩(wěn)定、超聲波測(cè)距傳感器的誤差、葉子的遮擋以及機(jī)械故障等。 蘑菇采摘機(jī)器人 英國(guó)Silsoe研究院研制了蘑菇采摘機(jī)器人(圖8)。它可以自動(dòng)測(cè)量蘑菇的位置、大小,并且選擇性地采摘和修剪。它的機(jī)械手包括2個(gè)氣動(dòng)移動(dòng)關(guān)節(jié)和1個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。末端執(zhí)行器是帶有軟襯墊的吸引器。視覺(jué)傳感器采用TV攝像頭,安裝在頂部用來(lái)確定蘑菇的位置和大小。采摘成功率在75%左右,生長(zhǎng)傾斜是采摘失敗的主要原因。圖6 日本的多功能葡萄采摘機(jī)器人 圖7 日本的甘藍(lán)采摘機(jī)器人圖8 英國(guó)的蘑菇采摘機(jī)器人以色列和美國(guó)聯(lián)合研制了一臺(tái)甜瓜采摘機(jī)器人。該機(jī)器人主體架設(shè)在以拖拉機(jī)牽引為動(dòng)力的移動(dòng)平臺(tái)上,采用黑白圖像處理的方法進(jìn)行甜瓜的識(shí)別和定位,并根據(jù)甜瓜的特殊性來(lái)增加識(shí)別的成功率。試驗(yàn)表明,該機(jī)器人可以完成85%以上的田間甜瓜的識(shí)別和采摘工作。 柑橘采摘機(jī)器人 西班牙工業(yè)自動(dòng)化研究所基于人機(jī)協(xié)作思想研制出一種柑橘采摘機(jī)器人,該機(jī)器人主體裝在拖拉機(jī)上,由機(jī)械手、彩色視覺(jué)系統(tǒng)和超聲傳感定位器組成。它能通過(guò)柑橘的顏色、大小和形狀來(lái)判斷柑橘是否達(dá)到采摘標(biāo)準(zhǔn),還可以按色澤、大小進(jìn)行分級(jí)裝箱。該機(jī)器人采摘速度為1 s /個(gè),比人工提高效率6倍多。這個(gè)機(jī)器人的特點(diǎn)在于:采摘機(jī)器人尋找、定位待摘果實(shí)以及機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)由人來(lái)完成,機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、關(guān)節(jié)控制和末端執(zhí)行器控制等任務(wù)由機(jī)器人的控制系統(tǒng)完成。這樣不僅提高了采摘機(jī)器人的采摘效率和成功率,還能大幅度降低系統(tǒng)成本,有利于盡早實(shí)現(xiàn)采摘機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化。韓國(guó)慶北大學(xué)研制了蘋(píng)果采摘機(jī)器人,具有4個(gè)自由度,包括3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。采用三指夾持器作為末端執(zhí)行器,內(nèi)有壓力傳感器避免損傷蘋(píng)果。利用CCD攝像機(jī)和光電傳感器識(shí)別果實(shí),從樹(shù)冠外部識(shí)別蘋(píng)果的識(shí)別率達(dá)85%,速度達(dá)5個(gè)/s。該機(jī)器人無(wú)法繞過(guò)障礙物摘取蘋(píng)果。對(duì)于葉莖完全遮蓋的蘋(píng)果,也沒(méi)有給出識(shí)別和采摘的解決方法。日本國(guó)立蔬菜茶葉研究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人。機(jī)器人由CCD機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、5自由度工業(yè)機(jī)械手、末端執(zhí)行器以及行走裝置組成,作業(yè)對(duì)象是溫室中按照V形生長(zhǎng)方式種植的Senryo2號(hào)茄子。該機(jī)器人的末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)復(fù)雜,包括4個(gè)手指、2個(gè)吸嘴、2個(gè)誘導(dǎo)桿、氣動(dòng)剪子和光電傳感器(圖9)。在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了試驗(yàn),%, s/個(gè)。影響成功率的主要原因是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)采摘位置的判斷不正確。同時(shí),視覺(jué)系統(tǒng)占用了72%的工作時(shí)間( s),也是影響整個(gè)機(jī)器人采摘效率的主要因素。圖9 日本的茄子采摘機(jī)器人 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展我國(guó)對(duì)采摘機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)90年代中期,雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距,但是在不少院校和研究學(xué)者的努力下也取得了一些進(jìn)展。東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人,主要由5個(gè)自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成(圖10)。采摘時(shí),機(jī)器人停在距離母樹(shù)35 m處,然后單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時(shí)柔性升起達(dá)到一定高度,采摘爪張開(kāi)并擺動(dòng),對(duì)準(zhǔn)要采集的樹(shù)枝,大小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng), m,然后采摘爪的梳齒夾攏果枝,大小臂帶動(dòng)采集爪按原路向后返回,梳下枝上的球果,完成一次采摘。這種機(jī)器人的效率是500 kg/d,是人工的3050倍。而且,采摘時(shí)對(duì)母樹(shù)的破壞較小,采凈率高。 圖10 林木球果采摘機(jī)器人原理圖上海交通大學(xué)的曹其新等運(yùn)用彩色圖像處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,開(kāi)發(fā)了草莓揀選機(jī)器人,采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器將草莓推到不同的等級(jí)方向。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的湯修映等人研制了一個(gè)6自由度黃瓜采摘機(jī)器人,該機(jī)器人基于RGB三基色模型的G分量來(lái)進(jìn)行圖像分割,在特征提取后確定黃瓜的采摘點(diǎn)。同時(shí)提出了新的適合自動(dòng)化采摘的斜柵網(wǎng)架式黃瓜栽培模式。孫明等為蘋(píng)果采摘機(jī)器人開(kāi)發(fā)了一套果實(shí)識(shí)別視覺(jué)系統(tǒng),并研究成功了一種使二值圖像的像素分割正確率大于80%的彩色圖像處理技術(shù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中等人在草莓、黃瓜、西紅柿、茄子等果蔬果實(shí)采摘機(jī)器人方茵做了較深入地研究，并研制出了試驗(yàn)樣機(jī)。在草莓果實(shí)目標(biāo)識(shí)別、果實(shí)重心提取、果柄位置確定、采摘機(jī)器人及手爪等方茵的研究取得了一定成果，初步建立了草毒采摘機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用雙目視覺(jué)等圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了草毒的識(shí)別和定位對(duì)草毒果實(shí)的互相重疊或遮擋等情況進(jìn)行了研究并取得了一些研究成果.周云山等研究了蘑菇采摘機(jī)器人。該系統(tǒng)主要由蘑菇傳送帶、攝像機(jī)、采摘機(jī)器手、三自由度氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)、機(jī)器手抓取控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等組成。計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)為蘑菇采摘機(jī)器提供分類所需的尺寸、面積信息,并且引導(dǎo)機(jī)器手準(zhǔn)確抵達(dá)待采摘蘑菇的中心位置,防止對(duì)不準(zhǔn), 以致影響吸盤(pán)的密封,造成抓取失敗或損傷蘑菇的現(xiàn)象。浙江大學(xué)提出了基于彩
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