果蔬采摘机器人研究现状与进展分析

新型城镇化建设不断加快和农村生产劳动力的不足,致使果蔬产业中人工成本占比较大。为此,研究果蔬采摘机器人以减少果蔬生产成本和降低劳动力的依赖性,具有十分重要的现实意义。课题组通过介绍果蔬采摘机器人的国内外研究现状,对目前果蔬采摘机器人作业时存在的问题进行了分析,提出了增强采摘机器人的可靠性、提高识别率和定位精度、扩展设备的通用性以及降低维护和生产成本等发展趋势,为果蔬采摘机器人的发展提供借鉴。     

典型果蔬采摘机器人研究现状与趋势

随着经济结构的调整,农业劳动力逐渐向社会其他产业转移,果蔬采摘人工成本逐年提高,严重影响果蔬产业的健康发展.因此,研究和开发果蔬采摘收获机器人对于提高果蔬采摘收获质量、降低劳动强度、提高劳动生产率和增加经济效益具有重要意义.本文结合现阶段国内外典型果蔬采摘机器人的研究实例,对果蔬采摘机器人目前存在的一些问题进行综合分析...     

果蔬采摘机器人的研究

果蔬采摘机器人是实现农业自动化的一项重要技术.为了掌握果蔬采摘机器人的最新研究动态,将其尽早应用到生产实际,根据近年来国内外最新的研究资料,简要阐述了果蔬采摘机器人的特点和国内外的研究进展,结合当前在此领域的一些研究实例进行比较分析;从采摘机器人的移动机构、机械手、识别和定位系统、末端执行器4部分介绍了其结构组成与设计技术,并在此基础上重点分析了果蔬采摘机器人研究中存在的问题,提出了未来研究开发的技术关键与方向.     

日本的果蔬采摘机器人

采摘是水果和蔬菜生产中最重要的环节之一,直接影响到果蔬的市场价值.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了20多年,日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人.     

果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析

农业机器人是未来智能农业机械的发展方向之一.末端执行器的工作直接关系到采摘机器人整个采摘作业能否准确、高效.分类综述了果蔬采摘机器人末端执行器的特点和国内外研究现状,介绍了几种典型的果蔬采摘机器人末端执行器的研究成果.分析了影响果蔬采摘机器人末端执行器实用化的因素:采摘准确率、采摘速度、工作环境适应性和通用性等.指出了研究开发末端执行器的方向与关键技术.     

果蔬采摘机器人研究进展与展望

综述了果蔬采摘机器人的特点和国内外研究现状,介绍了几种典型的采摘机器人研究成果。分析了制约果蔬采摘机器人应用研究的因素:采摘效率和制造成本。指出了研究开发该类设备的关键技术:开放式的控制系统体系结构,智能化的目标果实识别与定位,以及机械本体的优化设计。     

一种果蔬采摘竞赛机器人的设计

针对果蔬自动化、智能化采摘的技术需求,中国机器人及人工智能大赛推出了采摘机器人子项目。在此背景下,课题组设计了一款用于果蔬采摘机器人竞赛的智能机器人。机器人采用轮式移动底盘与关节型机械臂结合的形式,能够利用视觉导航按照规划路径移动,可通过视觉方式检测沿途中固定和随机的作业对象,确定目标后实施采摘作业,并且根据竞赛规则搭建了场地,进行了实际测试与调试。试验结果显示,机器人性能稳定,作业可靠且效率高,而且最终在比赛过程中得以验证,取得了良好成绩。     

果蔬采摘机器人的发展现状、问题及对策分析

果蔬采摘是一项季节性强、操作复杂且劳动强度极高而效率又极低的工作。据调查,果蔬采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%～50%,而目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。因此,研究果蔬采摘机器人对缓解农村劳动力缺乏、节省人工成本、提高果蔬采摘效率有着重要的意义。     

关于果蔬采摘机器人机械系统设计与关键技术的研究

本课题组设计的采摘机器人主要用于采摘及搬运果蔬,其采用液压缸和电机进行驱动、PLC进行控制,实现对果蔬的抓取及搬运。果蔬采摘机器人涉及操作机构的设计和操作动作的PLC控制。设计重点为果蔬采摘机器人主要部件的结构设计及尺寸计算和主要技术参数的确定,根据果蔬采摘机器人用途,设计PLC梯形图,并绘制相关的零件设计图、CAD装配图和PLC相关程序。仿真结果表明,该果蔬采摘机器人实现了自动识别与自动采摘,应用前景广阔。     

果蔬菌采摘机械研究综述

果蔬菌是我国农业生产中的重要部分,其机械化采摘在节约劳动力成本,增加经济效益等方面具有重要意义。采用文献综述与经验总结相结合的方法,主要研究近几年果蔬菌机械化采摘的研究意义和国内外研究情况,主要针对目前国内外研究的采摘机械,进行采摘效率、目标识别与路径规划、成功率等方面的介绍,分析比较我国在农业采摘机械与发达国家的差距。总结出果蔬菌采摘机械在整机设计、目标识别、路径规划和采摘成功率等方面存在的问题,提出果蔬菌采摘机械需要更加智能化、自动化的未来发展趋势。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。     

果蔬采摘机器人自主定位与导航设计——基于RFID和WSN信息融合

将RFID与WSN技术的信息融合后应用于采摘机器人的自主定位与导航中,结合两者的优势,使采摘机器人在与外界交互上更加精准快速。RFID射频识别技术是一项新兴技术,对于采摘机器人在复杂及障碍物比较多的环境,采用RFID模块对物体的识别具有使用寿命长、识别标签多等优点,但同时也存在抗干扰性差、通信距离过短、过于依赖读写器采集信号且成本高等缺点。WSN技术能感应周围各种的信号,具有辐射范围广、可无人值守且成本低等优点,但对于识别传感器标节点、使用寿命及能耗上不太理想。两项技术之间的完美互补使智能识别与定位更上一个台阶,必将推动RFID和WSN在智能采摘机器人方面的应用和发展。     

基于RBF网络的果蔬采摘机器人运动轨迹控制研究

为了提高果蔬采摘机器人机械手运动的精确性,提高机器人移动的效率,提出了一种基于遗传算法和RBF网络的机器人运动轨迹控制方法,并对果蔬机器人机械手的活动和整体的移动轨迹进行优化,有效地提高了果蔬采摘机器人的工作精度和作业效率。为了验证设计的采摘机器人的可靠性,在大棚内对机器人的采摘性能进行了测试,包括机器人移动路径规划和机械手路径规划。通过测试发现:使用RBF神经网络算法可以有效地控制机械手在三维空间内的运动;在遗传算法控制下,机器人可以通过较少的计算次数利用神经网络算法搜索得到最优路径,计算精度达到了99%以上。其计算精度及效率高,为高效果蔬采摘机器人的设计提供了较有价值的参考。     

视觉传感器在采摘机器人目标果实识别系统中的应用

目标果实的识别和定位是准确采摘的核心,是采摘作业的必要条件。为此,首先从硬件和软件两方面对采摘机器人总体框架进行了介绍,然后搭建了双目视觉系统,并建立了摄像机标定模型,最后实现了对目标果实的识别和定位功能。试验结果表明:采摘机器人目标果实识别系统对目标果实的识别定位误差在8mm以内,成功采摘率在96%以上,系统精度高,采摘效果良好,能够满足采摘机器人的作业要求,对实现水果采摘的自动化、无人化具有重要现实意义。     

果蔬采摘机器手系统设计与控制技术研究现状和发展趋势

鲜食果蔬收获是难以实现机械化作业的生产环节,高效低损采摘也是农业机器人研发领域中的难题,导致目前市场化的自动化果蔬采摘装备生产应用几乎空白。针对鲜食果蔬采摘需求,为改善人工采摘费时费力、效率低下、自动化程度低的问题,近30年来,国内外学者设计了一系列自动化采摘设备,推动了农业机器人技术的发展。在研发鲜食果蔬采摘设备时,首先要确定采收对象和采收场景,针对作物的生长位置、形状和重量、场景的复杂程度、所需自动化程度,通过复杂度预估、力学特性分析、姿态建模等方式,明确农业机器人的设计需求。其次,作为整个采摘动作的核心执行者,采摘机器人的末端执行器设计尤为重要。本文对采摘机器人末端执行器的结构进行了分类,总结了末端执行器的设计流程与方法,阐述了常见的末端执行器驱动方式、切割方案,并对果实收集机构进行了概括。再次,本文概述了采摘机器人的总体控制方案、识别定位方法、避障方法及自适应控制方案、品质分类方法以及人机交互、多机协作方案。为了总体评价采摘机器人的性能,本文还提出了平均采摘效率、长期采摘效率、采收质量、损伤率和漏采率指标。最后,本文对自动化采摘机械的总体发展趋势进行了展望,指明了采摘机器手系统将向着采摘目标场景通用化、结构形式多样化、全自动化、智能化、集群化方向发展的趋势。     

基于TRIZ理论的果实采摘机器人研究

在介绍发明问题解决理论-TRIZ概念的基础上,分析了40个发明原理、39项技术特性、矛盾冲突解决矩阵、物质-场分析理论以及发明问题解决算法(ARIZ)等.运用TRIZ理论对果实采摘机器人进行了具体研究,对其中的机械手和末端执行器进行分析改进,建立了只抓住果梗而不与果实本体直接接触的软质水果收获机器人模型,解决了果实采摘机器人在果实采摘过程中的一些问题.     

油茶果采摘机器人机械臂伺服系统选型设计

油茶是我国重要的经济林,然而人工采收油茶效率低、作业条件差等缺陷严重制约着我国油茶产业的发展,实现油茶果采摘的机械化与自动化成为急需解决的问题。为此,根据油茶果生长环境与采摘特性,设计了一种能够有效采摘油茶果的采摘机器人,并对采摘机器人机械臂的伺服系统进行了选型设计。     

新型具有力感知的柔性果蔬采摘机械手研究

研发了基于设施农业的果蔬采摘机械手,包括具有3个旋转关节自由度的采摘机械臂及具有力反馈功能的三指果蔬采摘末端执行器,并对其控制系统进行了开发。通过采摘模拟试验,验证了其作业性能、采摘效果。试验结果表明:采摘机械手各关节与控制系统配合良好,运行稳定;采摘末端执行器手指控制灵活,传感器响应灵敏,能够实现稳定抓取并不损伤果实,具有推广价值。     

光固化果蔬采摘气动软体抓手设计与试验

针对目前软体抓手的制造方式(如软体平板印刷、失蜡铸造等)存在成型工艺复杂、粘结不牢靠、接缝处易撕裂等问题,设计了一种光固化成型软体采摘抓手一体式结构,通过正、负压驱动,可实现果蔬的自适应抓取。首先,基于Yeoh模型,研究了软体驱动器弯曲变形运动中的非线性力学特性,得出腔体内部压强与驱动器弯曲角度之间的非线性关系模型。然后,通过Abaqus有限元软件分析软体驱动器的弯曲特性,得到各主要结构参数对弯曲角度的影响规律,并结合正交试验法得到最佳的结构参数组合：软体驱动器的腔体壁厚为1.6 mm、腔体个数7、腔体间隙3 mm、底层厚度3 mm。最后,根据最佳的结构参数组合制造软体采摘抓手样机,并将其安装在试验平台上进行果蔬抓取试验,验证了光固化一体成型软体采摘抓手的实用性。     

基于滑觉检测的农业机器人果蔬柔性抓取控制研究

果蔬采摘是水果蔬菜生产种植中最繁琐、最耗时间、最费精力的部分之一,直接影响果蔬日后的价值和销售。随着经济的快速发展、外出务工人员增多及农业劳动力减少,劳动力在果蔬种植成本所占比例越来越大。实现果蔬自动化采摘是降低成本、释放农业劳动力的重要举措。20世纪80年代,美国成功生产了世界上第1台西红柿采摘机器人。近年来,随着信息技术和自动化技术的高速发展,农业采摘机器人的研究和开发取得了很大进步,但对果蔬柔性抓取的研究进展较慢。为此,基于滑觉传感检测技术与果蔬损伤机理,以农业机器人采摘控制系统为研究平台,运用离散小波变换算法,从传感器和抓取力控制着手,深入研究和设计了农业机器人柔性无损采摘控制系统。试验表明:系统运行稳定,可靠性强,对实现果蔬柔性采摘具有十分重要的应用意义。