果蔬采摘機(jī)器人

果蔬采摘機(jī)器人第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一

果蔬采摘機(jī)器人是針對水果和蔬菜，通過編程能完成這些作物的采摘，輸送，裝箱等相關(guān)作業(yè)任務(wù)的具有感知能力的自動化機(jī)械收獲系統(tǒng)。

設(shè)計果蔬采摘機(jī)器人需解決的主要問題是識別和定位果實(shí)，在不損害果實(shí)也不損害植株的條件下，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)完成果蔬的收獲。同時，也要考慮經(jīng)濟(jì)因素，要保證其成本不比其所替代的人工成本高。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀技術(shù)原理農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與展望第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一1.1984年，日本京都大學(xué)的川村等人開始開始了對番茄采摘機(jī)器人的研究，并研制出一臺具有5自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手的機(jī)器人。2.近藤等人研制出氣吸式草莓采摘機(jī)器人，針對特定栽培模式---坡面上種植和平面種植，研制出了3種草莓采摘機(jī)器人并分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。3.荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所研制出一種多功能黃瓜采摘機(jī)器人。機(jī)械手有7個自由度，采用三菱RV-E26自由度機(jī)械手，在底座上增加了1個線性滑動由度，采摘成功率約為80%，每采摘1條黃瓜需時間45s。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一4.

日本岡山大學(xué)研制的葡萄采摘機(jī)器人

采用5自由度的極坐標(biāo)機(jī)械手。視覺傳感器一般采用彩色攝像機(jī)。該機(jī)器人的特點(diǎn)是,為了提高使用效率,開發(fā)了多種末端執(zhí)行器,除了能完成采摘作業(yè),更換其他的末端執(zhí)行器還可以完成噴霧、套袋和修剪枝葉等作業(yè)

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.以色列和美國聯(lián)合研制了一臺甜瓜采摘機(jī)器人。該機(jī)器人主體架設(shè)在以拖拉機(jī)牽引為動力的移動平臺上,采用黑白圖像處理的方法進(jìn)行甜瓜的識別和定位,并根據(jù)甜瓜的特殊性來增加識別的成功率。試驗(yàn)表明,該機(jī)器人可以完成85%以上的田間甜瓜的識別

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第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘機(jī)器人技術(shù)原理第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘機(jī)器人技術(shù)原理一.番茄采摘機(jī)器人

由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、行走裝置、視覺系統(tǒng)

和控制系統(tǒng)

組成第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘機(jī)器人技術(shù)原理用彩色攝像頭和圖像處理卡組成的視覺系統(tǒng)，可尋找和識別成熟果實(shí)。帶橡膠手指和啟動吸嘴的末端執(zhí)行器，把果實(shí)吸住抓緊后，利用機(jī)械手的腕關(guān)節(jié)把果實(shí)擰下來而不損傷果實(shí)。行走機(jī)構(gòu)有4個輪子，能在田間自由行走。

機(jī)器人采摘番茄.flv第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一在第13屆中國（壽光）國際蔬菜科技博覽會上，

蔬菜機(jī)器人在采摘西紅柿第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一二、草莓采摘機(jī)器人第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一自動草莓采摘機(jī)器人.MP4第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一（一）果蔬采摘機(jī)器人定位系統(tǒng)1.激光掃描測距技術(shù)

這種技術(shù)利用一束激光在物體表面逐點(diǎn)掃描，根據(jù)各點(diǎn)反射的信息判別物體的形狀及空間位置。其測距原理有三種：脈沖飛行時間測距、相位差測距和差頻測距。

利用這種技術(shù)能夠達(dá)到很高的水果形狀精度及空間位置精度，但速度比較慢，成本比較高。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.利用兩臺攝像機(jī)所獲得的圖像差異計算目標(biāo)的三維信息這種技術(shù)跟人眼觀察物體的方式很相似，他利用兩臺相隔一定距離的兩臺攝像機(jī)所獲取的圖像的差異，運(yùn)用三角測距原理得到果實(shí)的有關(guān)位置的三維信息，這就是所謂的雙目視覺系統(tǒng)。這種技術(shù)相比較于激光測距技術(shù)精度低，但具有速度快、成本低的特點(diǎn)，在實(shí)際研究中得到了廣泛應(yīng)用。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一（二）果蔬采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)的目標(biāo)提取大部分水（疏）果處于采摘期時，其果實(shí)表面顏色與北京顏色存在較大差異，而同一品種果實(shí)表面顏色相近，體現(xiàn)在色彩空間中果實(shí)顏色和背景顏色存在著不同分布的特性。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一1.果實(shí)表面顏色樣本采集2.建立果實(shí)表面色彩空間參照表3.果實(shí)圖像分割4.圖像分割實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一果實(shí)表面顏色樣本采集1、使用數(shù)碼相機(jī)直接從田中拍攝圖片，并從這些圖片中剪裁出成熟水果的區(qū)域2、使用數(shù)碼相機(jī)在各種自然光條件下（清晨、中午、傍晚、晴天和陰天）拍攝成熟果實(shí)，并拍攝相對應(yīng)的背景（水泥地面以及樹葉、雜草等）3、在可控光強(qiáng)的光箱中用彩色攝像機(jī)（使用圖片采集卡）采集各種光照條件下的真實(shí)果實(shí)的圖片第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一建立色彩空間參照表建立色彩空間參照表的過程，實(shí)際上就是樣本像素在色彩空間的分布過程。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一果實(shí)圖像分割有了果實(shí)表面顏色色彩空間參照表以后，很容易判斷一個像素點(diǎn)是否為目標(biāo)像素點(diǎn)判斷方法：在每個像素點(diǎn)的5×5鄰域內(nèi)統(tǒng)計目標(biāo)像素點(diǎn)個數(shù)，超過半數(shù)時則認(rèn)為該點(diǎn)是目標(biāo)像素點(diǎn)，否則認(rèn)為是非目標(biāo)像素點(diǎn)。第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一圖像分割實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論水果表面顏色樣本色彩空間分布圖第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一目標(biāo)分割實(shí)驗(yàn)結(jié)果返回第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與展望發(fā)展目前，大部分果蔬采摘機(jī)器人還處于研究階段，離實(shí)用化和商品化還有一定的距離。其主要原因是：1.機(jī)器人智能化程度沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的非結(jié)構(gòu)性和田間工作的不確定性要求采摘機(jī)器人具有較高的的智能和柔性生產(chǎn)的能力。2.采摘效率不高，普遍低于人工采摘。這主要是由于圖像處理時間較長，以及機(jī)器人的自由度多，對其控制需要話費(fèi)較長時間。3.機(jī)器人的制造成本較高，而且其應(yīng)用的季節(jié)性較強(qiáng)，使用效率較低。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一展望：采摘智能化機(jī)器人的研究需要在一下幾個方面進(jìn)行努力：1開發(fā)出智能化程度高的視覺處理系統(tǒng)，能夠?qū)σ烧某墒旃哌M(jìn)行準(zhǔn)確的識別和精確定位。2提高圖像處理硬件的處理速度，優(yōu)化軟件的算法