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《果蔬采摘机器人的研究现状_问题及对策》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第27卷第6期机械设计Vol.27No.62010年6月JOURNALOFMACHINEDESIGNJun.20103果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策张洁,李艳文(燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004)摘要:为解决农业采摘中的实际问题,果蔬采摘机器人的研究与应用成为一种迫切需要。综述了国内外果蔬采摘机器人的研究进展与现状,介绍了几种典型的果蔬采摘机器人的研究成果。通过分析这些采摘机器人,指出了限制采摘机器人商品化的几点因素:采摘的效率、成功率及成本问题。并针对这些问题提出了解决对策,同时也指明了采摘机器人未来的研究方向。关键词:果蔬采摘机器人;研究现状;存在的问题;解决对策
2、中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1001-2354(2010)06-0001-05[3]果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环Schertz和Brown于1968年提出的,但当时开发的收[4]节,其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工获机器人样机只能算是半自动化的收获机械。随着作。但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳计算机图像处理技术、工业机器人技术以及人工智能动力以及人口老龄化加剧等原因,使得能够从事农业控制等技术的发展和日趋成熟,日本、美国、荷兰、法生产的劳动力越来越少,单靠人工劳作已经不能满足国、英国、意大利、以色列、西班牙等国家在采摘机器人现有的需要
3、。随着计算机图像处理技术和各种智能控的研究上做了大量研究工作,并且试验成功了多种具制理论的发展,使采用机器人采摘果蔬成为可能。果有人工智能的采摘机器人。但是由于采摘对象的复杂蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜,可以通过编程性和采摘环境的特殊性,目前市场上仍没有商品化的来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化采摘机器人。[1]机械收获系统,是集机械、电子、信息、智能技术、计1.1.1西红柿采摘机器人算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科1993年,日本近藤等人研制出一台具有7自由度学,需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学的西红柿收获机器人。该机器人由机械手、末端执行动
4、力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多器、视觉传感器和移动机构等组成(见图1)。末端执[2]方面学科领域知识。采摘机器人将在解决劳动力不行器由两个机械手指和一个吸盘组成。通过彩色摄像足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性、减轻农机来寻找和识别成熟果实,利用双目视觉方法对目标业化肥和农药对人体的危害、提高采摘果蔬的质量、降进行定位。采摘时,4轮行走机构行走指定的距离后,低采摘成本、提高劳动生产率、保证果蔬的适时采收、进行图像采集,利用视觉系统检测出果实相对机械手提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。坐标系的位置信息,判断西红柿是否符合收获标准,若国际上,一些以日本和美国为代表
5、的发达国家,已符合,则控制吸盘把果实吸住,再由机械手指抓住果经从20世纪80年代开始研究采摘机器人,并取得了实,然后通过机械手的腕关节拧下果实。该采摘机器一些成果。而我国在该领域中的研究还处于起步阶人的采摘速度约为15s/个,成功率约为70%。该机器段,因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早人存在的问题是有些被叶茎遮挡的成熟西红柿没有被日赶超国际水平,使其为我国农业的生产和发展做出成功采摘。重大贡献。2004年,美国加利福尼亚西红柿机械公司在当地农业博览会上展出2台全自动西红柿采摘机(见图1果蔬采摘机器人的研究现状2)。该采摘机长12.5m、宽4.3m,每分钟可采摘1t多西红柿。这
6、种西红柿采摘机首先将西红柿连枝带叶1.1国外研究现状割倒后卷入分选仓,分选设备挑选出红色的西红柿,并首次应用机器人技术进行果蔬收获的是美国学者将其通过输送带送入随行卡车的货舱内,然后将未成3收稿日期:2009-12-15;修订日期:2010-03-26作者简介:张洁(1987—),女,河北石家庄人,硕士研究生,主要研究方向:采摘机器人视觉。2机械设计第27卷第6期[5]熟的西红柿连同枝叶一道粉碎,喷撒在田里作肥料。影响较大。荷兰农业环境工程研究所研制出一种多功能黄瓜采摘机器人(见图5),其末端执行器由一个7自由度机械手和切割器组成,采摘速度为45s/根,成功率约为80%。图1日本的西红
7、柿采摘机器人图4日本的黄瓜采摘机器人图2美国的西红柿采摘机器人1.1.2草莓采摘机器人日本近藤等人研制出一种气吸式草莓采摘机器人(见图3)。实验证明利用真空设备可以有效地补偿摄像机检测果实的位置误差,并且最大程度减少了跟果图5荷兰的黄瓜采摘机器人实娇嫩表皮的接触。该机器人对成熟果实的采摘成功1.1.4甘蓝采摘机器人率达到100%。但是问题是一些未成熟的果实也会随日本国立农业研究中心的Murakami等人研制了[7]着目标果实被吸起,因此需要在控
