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...     

果蔬采摘机器人系统的应用与发展

尽管果蔬采摘机器人技术发展迅速,但果蔬采摘机器人商业化的程度不高,很多仍然处于研发阶段.本文针对现有的果蔬采摘机器人系统进行了介绍,并分别从采摘机械臂、末端执行器、移动机构、视觉系统和算法等方面对国内外采摘机器人的发展现状进行论述,分析和讨论了果蔬采摘机器人现阶段面临的挑战和潜在的发展趋势.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

果蔬采摘机器人机械臂研究现状与展望

农业生产中果蔬采摘是其中的重要环节,且依赖于大量劳动力的参与,采摘机器人的发展与应用将会极大地改善采摘作业的劳动力依赖问题。采摘机械臂是采摘机器人的关键部分,是采摘机器人研究的一大重点。以采摘机械臂自由度进行分类,梳理总结国内外采摘机械臂研究的发展过程和研究现状。针对相同栽培模式下同一果蔬,在采摘机械臂的自由度和构型的选择上缺少标准化方案的问题,提出采摘机械臂研究与农艺的深度结合是未来解决问题的关键。同时,对于刚性本体难适应采摘环境以及关节驱动方式单一的问题,提出采摘机械臂本体的柔性设计以及驱动方式的组合使用将是未来的发展趋势。     

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。     

采摘机器人末端执行器研究现状与展望

简述了国内外末端执行器的发展现状,对非夹持与夹持类的果实获取方式和拉、折、剪、热切割等不同分离方式进行了分析与比较,对吸盘、推杆、安全杆等附加机构的功能与配置方式进行了归纳,并介绍了末端执行器中视觉、距离、接近等传感器的集成应用情况,进而指出了末端执行器研究中仍存在的问题。同时,对采摘机器人末端执行器的发展进行了展望。     

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。     

轨道平移式果蔬采摘机器人作业质量测试方法

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了设施温室大果番茄采收试验,结果表明,采摘效率8个/min,果实采摘尺寸范围30～92 mm,最大抓握输出力22.5 N,抓取成功率72.9%,果实破损率0,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,机器人的图像识别系统参数需进一步优化,以提高作业质量。     

田间环境下果蔬采摘快速识别与定位方法研究进展

作为实现果蔬采摘作业自动化的关键难题之一,田间环境下的果蔬快速识别与定位受到了广泛的关注。综述了常见的果蔬识别硬件系统和识别算法;总结和分析了果蔬图像预处理、颜色特征选择、图像分割算法设计及图像后处理的研究;综述了常见果蔬识别算法、成簇果蔬识别算法及被遮挡果蔬识别算法的研究;分析和比较了果蔬定位中常用的有源测距法和无源测距法,以及果蔬无源测距中常见的立体匹配算法。分析了田间环境下果蔬识别和定位研究存在的主要问题,并展望了发展趋势。     

智能移动式果蔬采摘机器人设计——基于SOPC神经网络

果蔬采摘机器人一般采用移动式机器人,虽有着强大的计算能力和移动性,但其感知能力的局限性限制了其智能的发展。为了提高果蔬采摘机器人的智能移动性能,使其拥有更好的实现自主导航的能力,采用(system on a programma-ble chip,SOPC)微处理器系统设计了一种新的智能移动式机器人控制系统,并采用神经网络算法对其进行了优化,大大提高了机器人移动的精确性,增强了输入和输出的线性关系,使控制系统在单片芯片上实现了复杂系统的全部功能。通过测试发现:机器人的移动躲避障碍物时速度的稳定性较好,移动误差较低,实现了果蔬采摘无人控制下的智能移动。     

田间果蔬采摘机器人视觉传感器设计与试验

针对田间果蔬采摘机器视觉识别与定位的需求,设计嵌入式采摘视觉传感器,内嵌130万像素CMOS图像传感器和开放性MCU,配置亮度处理模块和室外光自适应控制专家库,解决室外光变化影响视觉检测的难题.用主从传感器构造双目视觉系统,配置图像分割和测距算法,进行采摘目标的识别与定位.经试验和测试,在采摘臂长范围内,对成熟西红柿的识别有效率为96%,位置误差±12 mm.     

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。     

果蔬采摘机器人行走运动控制系统设计——基于磁导引

为实现果蔬采摘机器人作业时自主行走,研究采用磁导引技术和PID算法等实现对预定路径的跟踪。以磁导引传感器作为导航传感器,在果蔬采摘机器人平台上搭建转向控制机构,依据磁导引传感器工作特性,提出PID算法作为导引算法。根据导引传感器得到机器人当前位置相对于导引磁条的距离偏差,作为PID控制器的输入,将机器人前轮期望转角和车体期望速度作为输出,在Mat Lab中对算法进行圆曲线跟踪仿真。仿真结果表明:机器人可快速跟踪到预定路线,跟踪误差在±30 mm以内,直线段稳定状态误差在±5 mm以内。     

果蔬采摘机器人末端执行器研究综述

从果蔬采摘的特点出发,综述了国内外各种果蔬采摘机器人末端执行器的研究现状及特点,指出末端执行器的通用性与系统成本、使用成本之间的矛盾是制约采摘机器人发展与应用推广的关键难题.提出将欠驱动多指手作为果蔬采摘机器人的末端执行器,同时分析了欠驱动多指手国内外研究现状,并从欠驱动多指手的机构特点、抓取模式和综合成本等方面说明了这一思路的可行性.