果蔬采摘機器人的綜述報告-資料下載頁
2025-02-04 12:41本頁面
【導(dǎo)讀】在此基礎(chǔ)上，對果蔬采摘機器人的研究前景進行了展望。步進入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，并將促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向著裝備機械化、生產(chǎn)智能化的方向發(fā)展。不僅效率低、勞動量大，而且對果蔬也造成了一定量的損害。物生長的實時性要求等方面都有著很重要的意義。并且，隨著我國農(nóng)業(yè)從業(yè)者的減少和老齡?；厔莸牟粩嗉哟?，果蔬采摘機器人的開發(fā)利用具有巨大的經(jīng)濟效益和廣闊的市場前景。命力的新鮮水果或蔬菜。同工業(yè)機器人相比，果蔬采摘機器人具有以下特點：。由于農(nóng)作物隨著時間和空間而變化，工作環(huán)境是。作物生長環(huán)境除受地形條件的約束外，還直接受。融合等知識推理和判斷等方面具有相當?shù)闹悄?。果實具有軟弱易傷的特性，其形狀?fù)雜，導(dǎo)向輪、支重輪、驅(qū)動輪、履帶板和拖鏈輪等部分構(gòu)成。力，所以履帶板不會滑動，而驅(qū)動鏈輪、支重輪和導(dǎo)向輪則沿著鋪設(shè)的鏈軌滾動，主機的變速箱，由變速箱驅(qū)動兩條橡膠履帶行走。
【正文】 柿采摘機器人，該機器人末端執(zhí)行器采用了真空吸盤 +四指機械爪，真空吸盤本身具備抓取功能，四個夾持手指對稱分布， 使用塑料質(zhì)地代替尼龍材料，減小了夾持時的側(cè)向運動，通過線纜連接起來共同驅(qū)動，可以更穩(wěn)定的抓持住果實。如圖 229 所示，這種柔性手指彎曲曲線平滑，具有一定的補償能力，能夠很好適應(yīng)果實的大小差異。但該柔性手指由一個動力驅(qū)動 4 個手指的所有關(guān)節(jié)，屬于高度欠驅(qū)動機構(gòu)，當遇到枝葉稠密等障礙物時，手指容易發(fā)生彎曲，易造成果實抓取的失敗。 圖 229 美國的西紅柿采摘機器人末端執(zhí)行器 分離方式 無論夾持類和非夾持類采摘機器人末端執(zhí)行器，都需要通過一定的方式完成果梗的切斷或果梗與果實的分離，才能最終 實現(xiàn)采摘果實?，F(xiàn)有的采摘機器人末端執(zhí)行器研究成果來看，多采用扭斷、折斷或剪切的分離方式，一些末端執(zhí)行器對新的切割原理進行了嘗試。 （ 1） 扭斷、折斷、拉斷 扭斷是利用手腕的旋轉(zhuǎn)和周轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在執(zhí)行器抓牢果實后擰斷果柄，需要多次往復(fù)扭轉(zhuǎn)才能斷開果梗，末端執(zhí)行器需要較大的工作空間，這樣就難于避障。這種方式對于果柄易斷的果蔬較為實用，如番茄的采摘，但對于果柄柔韌性較高的果蔬則采摘成功率較低。而且無論扭斷、折斷或拉斷都只適用于果實被充分夾持的情況下，其優(yōu)點是無需再附加另外的分離裝置和動力，但這就要求末端執(zhí)行器的夾持機構(gòu)夾 持果實要足夠可靠，對果實提供充分的作用力，又不能造成對果實的損傷，這樣夾持器對果實的夾持力要有較高的控制。同時，還要根據(jù)采摘對象的果梗力學(xué)特性驚醒不同方式的選擇和實驗，否則難以達到預(yù)期的效果。 （ 2） 剪切 相當部分的采摘機器人末端執(zhí)行器安裝了剪刀或切刀裝置，用來切斷果梗實現(xiàn)果實、果梗分離。 如圖 230 所示馬履中等人研制的蘋果采摘機器人末端執(zhí)行器的切割裝置示意圖，切割裝置采用直流電機作為動力源，利用軟管鋼絲傳動，驅(qū)動刀片繞手指外廓做近一周的旋轉(zhuǎn)，以切割位于手指周向上任意位置的蘋果柄。這樣省掉了檢測果柄方位和 調(diào)整末端執(zhí)行器位姿的復(fù)雜過程 ,提高了采摘效率。同時，刀片設(shè)計成楔形，使得在切割過程中果柄與刀刃有滑動，更易切斷果柄，保證了采摘的成功率。但刀片的旋轉(zhuǎn)很難保證不對周圍的果實或植物進行傷害。 1 直流電機 2 微型蝸輪蝸桿減速器 3 鋼絲繞盤 4 鋼絲 5 下軟管架 6 彈性軟管 7 上軟管架 8 刀架 9 刀架轉(zhuǎn)輪 10 轉(zhuǎn)盤軸 11 契形刀片 圖 230 切割裝置示意圖 如圖 231 所示的茄子采摘機器人末端執(zhí)行器的切割機構(gòu)簡圖，該部分主要由三角傳動支架、刀架、刀架導(dǎo)向桿 (內(nèi)有導(dǎo)向槽 )和鋸齒輪盤切刀組 成。三角傳動支架的后端移動端固定在雙向絲杠移動的螺母上，前端同刀架固定在一起。刀架的后端鉸接在電機軸上，前端固定在三角傳動支架上，隨三角傳動支架移動可沿導(dǎo)向桿前后往復(fù)運動。隨著電機轉(zhuǎn)動帶動夾持動作的進行，雙向螺母向中間運動 ,三角傳動支架頂點前伸，帶刀架在導(dǎo)向槽內(nèi)前進，從而使得鋸齒輪盤切刀前進，完成切割。 1 刀架轉(zhuǎn)向桿 2 據(jù)齒輪盤切刀 刀架 4 三角傳動支架 5 同步帶 6 同步帶輪 7 滑軌 8 和絲杠配合的螺母 9 蝸輪 10 雙向螺旋絲杠 11 蝸桿 12 電機軸 圖 231 末端執(zhí)行器切割機構(gòu)簡 圖（俯視） 利用切刀直接切斷果柄。這種方法可適用于夾持類和非夾持類各種類型末端執(zhí)行器，適用范圍較廣。首先剪刀必須能夠直接接觸到果梗，對果柄的方位要做出精確的檢測，手腕要有必要的自由度，才能準確地切斷果柄。同時其要求配置相應(yīng)的傳動、執(zhí)行機構(gòu)和動力，造成末端執(zhí)行器裝置的復(fù)雜、體積和質(zhì)量的加大，增加了機器人結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性，成本較高，這往往成為其走向?qū)嵱没囊淮笳系K。而剪切還可能由于剪刀的重復(fù)使用而造成植株間病菌的相互傳染，切口還會導(dǎo)致果實水分的流失。 （ 3） 熱切割 荷蘭瓦寧根大學(xué)開發(fā)的黃瓜采摘機器人末端執(zhí)行 器，改變了傳統(tǒng)的果梗分離方法，采用兩個相對的熱電極，當兩電極與果梗接觸時產(chǎn)生高頻電流，果梗的高含水率使之迅速產(chǎn)生高溫而將果?！扒小睌?。這種方式避免了病菌的相互傳染和水分流失問題，但是這種方式要求兩電極必須與果?？煽拷佑|，同樣受到果梗長度和植株冠層空間的限制，對于常規(guī)栽培方式和品種的番茄，這種方式同剪刀剪切方式都難以達到滿意的效果。 （ 4） 激光切斷 圖 232 所示的果梗切斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖，通過非接觸式的激光切斷果梗，降低了機器人末端執(zhí)行器裝置的復(fù)雜性和對夾緊力控制精度的要求。 果梗激光切斷裝置由激光發(fā)生控制單 元和果梗聚焦切斷單元組成。其中激光發(fā)生控制單元由尺寸僅為 92 mm 86 mm 20 mm 的小型 30W 高功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器和保護控制電路組成 ,保護控制電路對激光器進行直流供電和穩(wěn)壓保護，通過并聯(lián)的可變電阻調(diào)節(jié)激光器供電電流。果梗聚焦切斷單元由聚焦透鏡、直流伺服電動機、聯(lián)接與支承部件組成。激光器通過標準的 SMA905 型光纖連接頭與聚焦透鏡聯(lián)接。作業(yè)時由固定于機械手上的雙目視覺系統(tǒng)與末端執(zhí)行器上的距離傳感器相配合，以進行果梗的精確定位；通過直流伺服電動機帶動聚焦透鏡轉(zhuǎn)動，使透鏡對準果梗；由電磁閥控制激光器 打開，激光束聚焦于果梗上 (焦距為 50 mm)將其切斷。聚焦透鏡的傾角可以進行調(diào)整，以滿足不同品種果實的梗長需要。 1 聚焦透鏡 2 固定環(huán) 3 直推軸承 4 直流伺服電動機 5 光纖 6 電壓表 7 時間繼電器 8 可變電阻 9 電流表 10 電源開關(guān) 11 鋰電池組 圖 232 果梗切斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 233 所示的草莓采摘機器人切割器剪切果柄示意圖，該切割裝置采用了低壓直流電熱切割的方法，通過在鎳鉻電熱絲兩端加載低壓直流電，其產(chǎn)生的高溫可在短時間內(nèi)將草莓果柄燒斷。 圖 233 電熱切割器 剪切果柄 電熱切割法的優(yōu)勢在于：一是切口處的病毒在高溫環(huán)境下被殺滅，可有效防止病害傳播；二是果柄切口處因高溫被封閉，可有效防止水分流失 ,延長果實的保鮮時間。
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