机器视觉技术在水果采摘机器人中的应用

近年来,学术界展开了将图像处理技术运用到水果机器人采摘过程中的研究,把图像处理技术和机器视觉技术结合运用于水果采摘的过程,可以实现自动化和智能化的采摘,对于降低劳动强度和提高采摘效率具有极其重要的意义.对此,文章主要分析了机器视觉技术在水果采摘机器人中的应用成果,并对机器视觉技术研究方向进行了展望.     

高空水果采摘器机构设计与Adams仿真

随着生活水平的不断提高,人们对各类水果需求量日益增长。我国是农业大国,水果产量和销量都位居世界首位。我国柑橘类高空水果种植多以家庭为单位的小面积种植为主,柑橘果园没有标准化的布局,难以采用大型采摘设备进行作业。本文针对柑橘类水果果形特点和高空采摘的难度大、效率低、危险系数高等问题,设计了一款适用于高空水果采摘的装置。该装置具备电动伸缩、高处裁剪、输送收纳和转运功能,能够辅助果农在树下采摘树上的水果,特别是高处的水果,避免登高作业的潜在风险。本文借助Adams软件对其关键零部件进行运动学分析,通过solidworks软件构建模型,载入adams运动仿真软件,加载材料属性、连接参数、载荷信息并进行仿真设置,最终生成运动仿真结果。通过与物理样机对比进行实地试验,结果表明：该高空采摘装置具有优良的工作性能。     

高空万能水果采摘器

设计了一种实用型水果采摘器,用来方便城镇居民采摘水果。该采摘器结构轻巧,省力,使用方便,可实现多方向采摘,适用于不同类型的水果,采摘的同时又方便收集水果。采摘器主要由采摘头,伸缩杆和收集袋组成。其中采摘头平面与伸缩杆间可调节角度,伸缩杆伸长范围(1～4m)。使用时将伸缩杆调节到合适位置,让采摘头靠近水果,电启动刀片将果柄切断,水果掉落在收集袋中。该采摘器成本较低,操作方便,有一定的趣味性,不仅适用于山区个体农户,也适用于果园。     

高枝水果采摘器设计与研究

为解决高枝水果采摘难以及现有采摘器对不同果品通用性不高的问题,研制一种可针对不同品种的高枝水果采摘与收集的装置。设计底盘动力小车、多自由度定位机构、末端剪切执行器、装箱机构及控制系统,构建多自由度定位机构的坐标系并采用方向余弦矩阵进行运动分析,得出采摘的运动范围,通过对末端剪切执行器的运动分析得出两剪臂的运动角速度关系。运用SolidWorks建立采摘器的结构模型并对其进行运动学仿真,验证水果的采摘范围和末端执行器的等角速特性,利用ANSYS进行采摘杆的应力应变分析,验证采摘杆满足强度和稳定性要求,制造高枝水果采摘器样机并进行采摘试验,试验表明:采摘效率高,水果无损伤,最大采摘高度为3.5 m,每个水果平均采摘时间为6 s。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

水果采摘机器人通用夹持机构设计

为提高采摘机器人的实用性和利用率,提出了一种通用型夹持机构,并构建了虚拟样机。为使机械夹持不损伤水果,研究了水果受力对夹持构型的影响,以柑橘为例进行变形、应力分析,为机构提出设计依据,进而对结构进行优化,确定了机构外壳及杆件的合理参数和对果实损伤最小的夹持量,单类型水果夹持量为直径方向小于2mm。     

智能水果采摘机械手臂的研究

农业是国民经济的基础,是经济社会发展中的头等大事。改革开放以来我国农业发展水平大幅提高,但同时也面临着诸如农业产业化程度低、劳动力短缺等问题。如何在资源紧缺的同时稳步提高农业发展水平,实现农业可持续发展,成为我国经济社会发展中面临的重大命题。技术创新和变革将是解决农业问题并推动农业走向现代化的有效途径。本文主要研究了机械手智能采摘水果的装置,分析了机械手臂的设计结构与工作原理。该装置在一定程度上为解决采摘季节劳动力短缺等问题,突破传统人工采摘效率低、成本高的局限性以及实现农机结合提供了一个思路。     

基于机器视觉的类球状水果采摘机械目标识别方法

常规水果采摘机械目标识别方法多数采用特征阈值化法,对水果图像进行分割处理,不能根据水果图像中某些目标存在的共同特征将其分割为特定区域,无法为目标识别提供有力支持,降低了水果采摘机械目标识别的精确率。基于此,引入机器视觉技术原理,以类球状水果为例,提出了一种全新的水果采摘机械目标识别方法。利用高性能的拍摄相机,随机选取类球状水果进行图像采集与预处理,获取特征突出、不存在噪声点的图像,采用机器视觉技术设计图像分割算法,将图像划分为多个超像素块,对类球状水果图像边缘进行平滑处理,获取融合特征的类球状水果采摘机械目标识别显著图,完成机械目标识别。实验分析可知,通过这方法识别类球状水果采摘机械目标,其识别结果的精确率、召回率与调和平均值等三个评测指标均≥95.38%,识别效果优势显著。     

基于凸轮传动的便携式樱桃采摘器设计

针对樱桃采摘效率低和劳动强度大的问题,设计了一款便携式樱桃采摘机械。该装置以不完全齿轮的空转与啮合完成樱桃定位、夹紧和采摘的过程,可模仿人工采摘的过程。对关键结构齿轮齿条、凸轮和不完全齿轮传动机构进行参数设计和仿真,在分析其工作原理的基础上,进行了样机制作与试验,实验结果表明该装置可提高采摘效率,降低劳动强度,具有很强的理论和应用价值。     

滚筒式软摘锭采摘头的设计

阐述了软摘锭采棉机采摘头的工作原理及基本结构,并介绍各组成部分的设计过程。田间测试表明:该采摘头配置的采棉机具有良好的适应性,符合新疆采棉机实际工作要求,具有广阔的市场前景。     

一种用于机器人水果采摘的快速识别方法

针对机器人水果采摘中容易受遮挡、光照变化等因素的影响而产生误识别的问题,提出了一种基于颜色分量统计的特征匹配水果识别方法。根据成熟水果所特有的颜色特性,提取代表水果特征的描述值,将其作为识别时的特征进行匹配。在匹配过程中对每个搜索子图进行匹配时采用积分求和的思想,大大提高了水果识别的效率。实验结果表明:该算法在一定程度上有效解决了光照和遮挡对识别造成的影响,能快速准确地识别出需要采摘的成熟水果类型。     

移动式水果采摘梯

<正>2007年底,我在以色列考察时见到一种结构简单的移动式水果采摘梯。该梯为"A"形,高约2m,梯顶是个座位(也可做成站坐两用的小平台),梯脚有4个小轮,两侧有2个行走大轮。     

机器人技术在农业中的应用——水果采摘机器人

机器人技术的研究是当今发展最快的工程领域之一，巨额的资金花费在各应用领域机器人的开发研究上。机器人的使用比以往任何时候都更为普遍，它不再仅仅应用于重工业，还用于代替人们从事高强度的劳动或危险性工种。而计算机，作为机器人的大脑接收来自各种渠道的数据，以控制它的运动来完成具体任务。     

球形水果采摘末端执行器设计与仿真

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。设计了一种能够完成多种球状果实采摘的机器人末端执行器。该末端执行器采摘作业时无需检测与果实的接触力,采用单个电机可实现整个采摘控制。采用Solid Works软件设计了末端执行器整体结构,并应用Adams构建虚拟样机进行运动仿真,验证了方案的可行性。该末端执行器结构简单、制作成本低,适合多种球状果实采摘。     

一种拉切式水果采摘器的设计

针对传统水果采摘方式劳动强度大、现有采摘器对复杂地形果园的水果采摘不便的问题,设计了一种由拉切装置、收集装置、支撑杆和拉绳装置等组成的拉切式水果采摘器,对该采摘器零件进行加工和装配得到其实物模型,并使用该实物模型进行了水果采摘实验。实验结果表明该采摘器具有携带方便、重量轻、操作灵活,可以在复杂的地形当中使用,且采摘过程对水果有保护作用的特点,且随着采摘时间越长其采摘效率越高,应用前景广泛。     

水果采摘机器人实时避障方法的研究

针对采摘机器人采摘作业时易受障碍物阻挡而影响其工作效率的弊端,提出了将避障问题转化为基于位置力控制问题的解决办法,采用弹簧阻尼模型实时计算机械手臂进入障碍物区域产生的虚拟力,通过采用外在力控制回路来调节手臂位置控制系统,达到消除虚拟力的目的,实现机械手避障.     

统收式采棉机采摘头的设计与采摘性能试验研究

针对统收式采棉机采摘特点和要求,利用现代设计方法,对采摘头部分进行了结构和参数设计,确定了采摘滚筒的长度和半径、工作倾斜角度、摘锭的结构和安装尺寸、排列方式和摘锭间距等一系列参数;同时,利用正交试验方法,对采摘头采摘性能进行了试验研究。结果表明:影响采摘性能的主次因素分别为摘锭间距、采摘滚筒的转速和摘锭圆周排列数量;当采摘滚筒的转速为500r/min、摘锭圆周排列数量为6、摘锭间距为60时,采净率达到93%以上。该试验为采摘头的进一步优化提供了依据。     

圆形水果采摘机械手运动学分析与仿真

针对目前水果采摘劳动强度大、作业效率低及危险等问题,设计一种六自由度圆形水果采摘机械手。采摘机械手采用液压和气动系统相结合的方式实现升降、俯仰及快速采摘,且采用D-H法建立了各连杆坐标系,并对其进行运动学正解和反解分析;最后,运用Adams和Matlab对采摘机械手进行运动轨迹、夹紧力及工作空间的仿真分析。结果表明:机械手采摘的高度范围为230~5 100 mm,末端执行器关节的旋转角度为0°~280°,弧形手抓最大夹紧力为22 N,工作空间内的工作点分布均匀对称且水平方向上可360°旋转。通过仿真可有效地看出各连杆之间运动平稳,验证运动学分析的正确性,为进一步的研究提供理论基础。     

一种便携式乔木类水果采摘装置设计与试验

针对国内乔木类水果种植现状和劳动力短缺的情况,设计了便携式乔木类水果采摘装置。该装置是小型辅助人工采摘机械,由拨动式刀头、分段可调节伸缩杆、棘轮式可折叠支撑杆（省力杆）和螺旋式收集器4部分构成。刀头部分通过曲柄连杆机构的摇杆拨动,使果梗滑过刀刃完成剪切,特别适合对生长在山地、高处水果的采摘,拆卸方便、效率较高、实用性强。在黄花梨采摘作业时,平均单果采摘时间为3.34 s,收获果实合格率97%以上,满足采摘需求。