應用3-農(nóng)業(yè)收獲機器人課件

1、應用3 農(nóng)業(yè)收獲機器人按收獲的農(nóng)產(chǎn)品來分類一、水果收獲機器人二、蔬菜收獲機器人水果收獲收獲是水果生產(chǎn)中最重要和最耗時費力的環(huán)節(jié)，收獲效果的好壞還會直接影響到后續(xù)的存儲與加工過程。在很多國家，由于勞動力的高齡化和人力資源的缺乏，使得人工收獲成本幾乎占整個水果生產(chǎn)成本中的一半，并且有些果實采摘作業(yè)使用人工存在一定的危險性，因此實現(xiàn)水果收獲的機械化變得越來越迫切。 傳統(tǒng)的水果收獲方法機械推搖采果機：樹干和主樹枝(視頻)機械撞擊采果機氣力搖晃采果機損傷大機械撞擊采果機圖7-21 吸氣式振搖采果機1.雜物排出口 2.風機 3.果實沉降室 4.輸送帶 5.吸風道 6.采吸口水果收獲機器人水果采摘機器人采摘

2、水果時，首先要利用視覺系統(tǒng)獲取水果的具體位置信息，然后將機械臂移動到采摘的最佳位置，最后再進行采摘。因此，準確的獲取目標水果的三維位置信息是水果采摘機器人視覺系統(tǒng)的主要工作。 傳感器采摘對象特點目前視覺系統(tǒng)的采摘對象仍局限于顏色和背景差距較大的、形狀規(guī)則的水果，如紅色的蘋果、柑桔、西紅柿等。因為前景和背景顏色差距大，可以通過顏色特征很好的對圖像進行分割，將水果從復雜的背景中提取出來。而形狀規(guī)則的則可通過提取其邊緣特征，通過模式識別等方法將水果從復雜的背景圖像中提取出來。 葉表面葉被面果實藤枝波長反射率視覺傳感器由于采摘環(huán)境的復雜性，比如：水果及樹葉的遮擋、光照對采摘的影響等等，使得識別定位水果

3、的工作難度大大增加。 分類：單目系統(tǒng)；雙目系統(tǒng)。遮擋光照影響獲取水果的三維位置信息一個彩色相機只能得到目標的二維位置信息和成熟度信息，而無法獲取其三維位置信息。沒有縱深距離，機器人就不能進行采摘。因此，對于縱深距離不固定的水果采摘環(huán)境，必須至少再增加一個測距工具才能獲取其縱深距離。目前常用的測距工具可以是彩色相機、激光測距儀、超聲波傳感器等。獲取水果的三維位置信息對于兩個相機構成的視覺系統(tǒng)可以采用雙目立體視覺方法來獲取其三維位置信息。激光和超聲波均可以采用渡越時間法來測量縱深距離，也都可以采用對物體反射光特征或聲波特征進行分析的方法來獲取其縱深距離。激光的優(yōu)勢在于它的辨析度較高，可以發(fā)射點對點

4、的激光束；而超聲波的優(yōu)勢在于操作簡單、價格便宜，但是聲波的傳播基本可以看作是一個圓錐形，不僅傳輸速度慢，而且如果距離較長，聲波能量損失較大，準確性較差。激光測距儀激光測距儀內部的旋轉鏡一邊改變方向，一邊根據(jù)發(fā)射出的激光經(jīng)物體反射回來所經(jīng)過的時間檢測距離，即用二維（扇形）信息檢測出周圍的物體。掃描角最大為180度，掃描間隔可為0.25、0.5或1度。收集到的距離和角度數(shù)據(jù)通過RS-232或RS-422接口輸入到計算機中。發(fā)射光源采用紅外激光二極管，符合激光的1級安全標準，對人眼安全。另外，也有帶有霧、雨、雪影響校正功能的戶外型儀器。激光測距儀激光測距儀被一個升降裝置帶動在垂直方向上下移動，同時做

5、一個扇形的掃描來獲取果實目標的三維信息。如果探測到的相鄰兩個像素之間的距離大于50mm就認為是兩個目標水果，這樣就可以感知到同一簇上緊靠在一起的水果。 激光測距儀采摘的難點最主要的一個難點是遮擋問題。如何解決？增加機器人手臂的自由度？改變栽培模式。栽培方式的改進末端執(zhí)行器肘關節(jié)電機抓摘、剪切電機果實推出電機肘關節(jié)旋轉變位器抓摘剪切變位器果實推出變位器抓摘部剪切部抓摘彈簧果實推出部柑桔的樹枝硬，需用剪刀或刀片將其剪下。人工肌肉氣缸1氣缸2氣缸剪刀3個指頭分布為上2指，下1指。上2指之間是結果的樹枝插入位。當手指抓住果實后，驅動氣缸1將剪刀伸出50mm，氣缸2帶動剪刀剪斷樹枝。爪里組裝有檢測果實位

6、置的攝像機收獲過程：（1）用吸力盤固定柑桔。（2）將柑桔吸入手掌中。剪刀前移，籠殼前移，將要摘的果實與其他果實分開。（3）剪斷果蒂。手爪具有柔性手指，但不考慮果蒂的方向。接近時收獲時柔性指西瓜收獲末端執(zhí)行器甘藍收獲末端執(zhí)行器收獲機器人圖片與視頻葡萄收獲機器人柑桔收獲機器人柑橘收獲機器人Construction of the AFPM比利時的蘋果采摘機器人1995年西瓜收獲機器人（）1997年西瓜收獲機器人（）2002年西瓜收獲機器人（）制動機構 手爪 液壓油缸 視覺傳感器甘藍收獲機器人茄子收獲機器人視頻柑橘收獲機器人蘋果收獲機器人草莓收獲機器人西瓜收獲機器人黃瓜收獲機器人西紅柿收獲機器人茄子收獲機器人甘藍收獲機器人智能化研究所的水果收獲機器人研究情況相關視頻工業(yè)機器人立體視覺