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果蔬采集机器人的研究现状和水平‘ag真人在线网址’

2021-01-08 08:20上一篇:打造特色产业,发展生态经济,效果显著【ag真人在线】 |下一篇:没有了

本文摘要:机器人0章随着计算机和自动化技术的缓慢发展,农业高新技术的应用和普及,机器人技术日益转移到农业生产领域,促进现代农业南北装备的机械化、智能化之路。畦畔草莓上市的机器人采集系统包括在3直动直角坐标臂上搭载把持剪切式末端执行器,分别在框架和臂上安装CCD照相机的视觉系统。

机器人

摘要:果蔬全过程机械化生产过程中的采收工作是目前构建*机械化工作的重要环节。随着人工智能的发展,机器人技术进入了农业生产领域,采摘机器人技术也持续提高。本文说明了国内外果蔬采集机器人的研究现状和水平,为以前果蔬采集机器人的研究提供了参考。关键词:果蔬采摘; 机器人0章随着计算机和自动化技术的缓慢发展,农业高新技术的应用和普及,机器人技术日益转移到农业生产领域,促进现代农业南北装备的机械化、智能化之路。

农业机器人大致可分为果蔬采摘机器人、蔬菜分选机器人、果蔬分选机器人及农田作业机器人。水果收获机器人一般在非结构性环境下工作,其开发比其他类型的机器人具有更多的玩耍性。采集机器人是针对水果和蔬菜的进款作业,具备官能系统的自动化机械的进款装备,是将机械、电子信息、计算机科学、人工智能、农业及生命科学等多学科一体化的交叉性边缘科学,是主体结构、传感技术、视觉图像处理、机器人对于在结构环境中工作的工业机器人,开展采集机器人等农业机器人研究时,必须充分考虑机器人作业对象的自我特征和外界的成长环境等多种因素,充分理解作业对象。

1海外果蔬采集机器人于1968年明确提出了美国学者Schertz和Brown*应用于机械技术开展果蔬收款的理念,被学术界指出是农业采集机器人研究的开始。但是*初采机械的研究开发中使用的收款方式主要是机械冲击式和空气冲击式,其自动化和智能化的程度不低。

1987年,学者Sistler在总结果蔬收款机器人领域的研究进展时解释说,当时开发的收款机器人一般需要人员参加协商,因此严格来说不能被指出是半自动化收款装备。随着科学技术的大力发展,传统的土地利用型农业将以作物栽培技术为基础,以生物技术为先导,聚集机械化作业,构成自动培育设施和人工高效环境等尖端科学技术的现代新型产业。果蔬收获机器人主要的作业任务是构建果蔬收获的农业机器人。

目前,许多国家纷纷积极进行果蔬收款机器人领域的研究。相关的研究对象主要有橙子、苹果、柑橘类、西红柿、樱桃西红柿、芦笋、黄瓜、甜瓜、葡萄、卷心菜、菊花、草莓、蘑菇、青椒等。从20世纪80年代中叶开始,工业机器人技术、视觉和图形处理技术以及人工智能技术日益进入成熟期,欧美、日本等国相继开展了多种水果蔬菜采集机器人研究。

1.1日本的果蔬采集机器人是1984年日本京都大学的川村等人根据西红柿采集的研究,开发了5维关节型机器人,标志着*台严格意义上的采集机器人在日本诞生的。之后,从1993年代开始,日本学者近藤平等人在农业机器人领域进行了很多研究,1993年开发的采集西红柿的机器人在当时受到了相当大的影响。

该机器人的机械主体主要由具备SDOF的关节型机器人臂、能够前后、上下移动的2DOF笛卡尔直动关节和移动支撑台构成,之后也以SCARA机器人为主体设计了其他的西红柿采摘机器人。宇都宫大学等研究机构针对草莓的传统土奎模式和高架栽培模式开发了合适的采摘机器人。日本冈山大学也开发了葡萄和黄瓜等机器人,为了提高机器人的使用率配备了适当的末端执行器,经过改良,可以完成倾倒、袋装、修剪树枝等作业。

日本着名农机公司久保田集团顺利开发了柑橘类采集机器人,该机器人的移动框架上安装了交通工具臂,臂前端的台座上安装了3DOF横向多关节臂。日本蔬菜茶叶研究所和中央农研院开发了茄子采摘机器人。日本松下开发的大棚番茄采集机器人的目的是无损伤地采摘浆果,运到手推车,自动更换新的收款箱,通过构筑夜间的自动采集来增加白天的工作量。

日本电机等人开发了基于激光测距仪的葡萄采集机器人,利用激光测距的扫描方式取得了葡萄列的空间方位。另外,该机器人还可以在更换末端执行器后展开其他葡萄园管理工作。1.2欧洲果蔬采集机器人于1996年由荷兰农业环境工程研究所(IMAG )开发出应用于大棚作业的黄瓜采集机器人,目标作物以低代码卷曲方式运输生长。

搭载7DOF横向多关节型臂,通过使移动机构向前进方向减速,可以在更换末端执行器后构筑摘叶功能。2010年10月瓦夫宁根大学的许多欧盟团队开始开发青椒采摘机器人。这是欧盟的第七框架计划项目(FP7 ),该机器人有采集臂、导轨压缩机、控制电路、机床同团队于2014年9月完成了*最终的机器人原型和研究。荷兰Henten等人开发的黄瓜采集机器人是以倾斜拉丝模式栽培的,适合采集没有叶遮阻碍的0.8~1.5m高度范围的黄瓜。

该机器人以温室供热管道为轨道,线速度约为0.8m/s。机器人用单目照相机在不同的方位收集850nm和970nm的黄瓜近红外图像构成立体视觉,构建对黄瓜的目标识别和果梗采收点定位。采摘机器人臂使用三菱6维工业机器人臂,采用夹紧方式夹紧浆果后,用高压电极烧断果梗,不利于避免细菌感染。

采集成功率约为80%,一根黄瓜的采集平均需要45s。2国内果蔬采集机器人中国农业采集机器人的研究始于20世纪90年代中期,随着20多年的相继研究,取得了一些尚函的成果。中国农业大学李伟[1]团队开发了四维关节型机械臂和剪接一体型2指气动式末端执行器,装备了双目视觉系统。实验结果表明,一个浆果的收获平均值为28s,收获成功率为86%,其中阴影、亮斑、口罩影响识别效果,繁茂的冠层间臂被风刮到茎叶上,浆果位移的同时,末端执行器不能夹持,粗果梗国家农业智能装备工程技术研究中心冯青春[2]等人在对吊丝栽培西红柿开发的采摘机器人上使用轨道式移动装载台,装备了四维关节式机械臂,将吸引力从套筒、气囊钳、以及方向盘上分离的末端装备线激光视觉系统,分别用CCD照相机和激光垂直扫描识别和实验浆果,结果西红柿单果的采集工作约需24s,强光和弱光下的采集成功率分别约为83.9%和79.4%。

江苏大学刘继展[3]等积极开展了关于番茄采摘机器人技术的持续研究。开发的新型末端执行器没有多维力位感觉能力,装备了真空管状装置和光纤激光、探讨镜头及微马达系统中包含的果梗激光切断装置,以此作为平台,与浆果把持冲击比较慢的弱收获、果梗中国农业大学张铁中[4]团队*积极开展草莓采摘机器人的研究,对田埂作和高架草莓栽培分别推出了不同的原型。畦畔草莓上市的机器人采集系统包括在3直动直角坐标臂上搭载把持剪切式末端执行器,分别在框架和臂上安装CCD照相机的视觉系统。

对于高架草莓上市的采摘机器人采收童1号原型,使用微型履带底盘,装备了3直动的直角坐标臂和夹子一体型末端执行器,在末端执行器下安装照相机,检测浆果,判别方位偏差,指甲3采收机器人没有问题和发展趋势中国的采收机器人技术很快就会赶上,但随着人口红利的消失,劳动力不足问题成为制约农业发展特别是劳动密集型果蔬产业发展的瓶颈,采收机器人技术从前瞻性研究成为现实市场的需要但是,果蔬收获机器人的研究开展了20多年,合适的机器人上市少,成熟期的市场化产品不足,其原因如下: *,收获机器人的结构复杂,收获效率高于人工。其二,关于生鲜水果蔬菜,采摘机械臂时容易破坏浆果的表皮,影响生鲜水果蔬菜的商品化,且不存在溢出的采摘现象。其三,果蔬机器人零部件价格低,整机价格高,果蔬价格比较便宜,经济性不低。其四,果蔬的栽培方式和生产模式多,果园建设、果树栽培标准化程度低,不适合采摘机器人的作业,制约了采摘机器人的普及。

未来采摘机器人的发展趋势有以下四个方面: *、多种视觉和超声波传感器融合的果蔬定位识别方法第二,针对不同的果蔬,开发专业化、轻量化、灵活的采摘臂第三,采摘后果蔬的配置、导航果蔬栽培环境标准化、果蔬栽培标准化、规模化、专业化、工厂化,不利于增加采摘作业的简单因素,不利于提高果蔬采摘机器人的生产率,不利于采摘机器人、运载机器人和空间机器人的多机协调作业, 参考文献[1]冯青春、纪超、张俊雄、李伟.黄瓜采集机械臂结构优化与运动分析[J] .农业机械学报,2010,41 (S1 ) 3360244-248.[2]王38(04):94-98.[3]刘继展。


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