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1、—农业机械化农业机械化与电气化◎国内外农业机器人的研究进展田素博(沈阳农业大学工程学院,辽宁沈阳110161)【摘要】本文分析了国内外农业机器人应用领域及研究进展,论述了各国已研制成功的嫁接、移栽等类型农业机器人的性能、结构和特点,为农业机器人在我国的应用和发展指明方向。关键词:农业机器人应用现状1农业机器人的特点摘,甚至可对花生和蘑菇等经济作农业机器人是一种以农产品为物进行采摘。操作对象、兼有人类部分信息感知(1)番茄收获机器人。日本N.和四肢行动功能、可重复编程的柔Condo等人研制的番茄收获机器性自动化或半自动化设备。它能减人,用彩色摄像机作为视觉传感器轻劳动强度,解决劳动力不足,提高
2、寻找和识别成熟果实。当果实被茎劳动生产率和作业质量,防止农药、叶挡住要避开茎叶,要求机械手活化肥等对人体的伤害。具有以下特动范围大,故用7个自由度的工业点:一是作业对象的娇嫩性和复杂机器人末端执行器。为不伤果实,机性。二是作业环境的非结构性。这就械手是带有软衬垫的吸引器,中间要求农业机器人要在视觉、推理和有压力传感器,把果实吸住后,利用判断等方面具有相当的智能。三是腕关节拧下。行走机构有4个车轮,作业过程的复杂性。农业机器人一能在田间自动行走。利用机器人上般是作业和移动同时进行,而且工的光传感器和设置在地埂的反射作时具有特定的位置和范围。四是板,可检测是否到达地头,若到达后使用对象和价格的特
3、殊性。使用者自动停止,转动后继续前进。机器人是农民,因此要求农业机器人必须从识别到采摘完成的速度大约15具有高可靠性和操作简单的特点。s/个,成功率75%左右。另外,农业机器人的生产制造还应特(2)水果采摘机器人。法国开别注意降低成本,否则很难普及。发的水果采摘机器人,其机械手是2农业机器人的研究现状3个自由度圆柱坐标型,可收获苹许多国家都在进行农业机器人果或柑桔。它利用CCD摄像机和的研制与开发,目前世界农业机器光电传感器识别果实,识别苹果时人研究领域及热点体现在以下几个从树冠外部的识别率可达85%,速方面。度达2～4s/个。韩国研制的苹果采2.1农产品采摘及收获机器人未摘机器人,其机械手
4、工作空间达到来农业机器人最可能得到广泛应用3m,具有4个自由度,包括3个旋的领域是农产品的自动采摘[1,2,5,6]。用转关节和1个移动关节,采用三指机器人能保证采摘质量,工作效率夹持器作为末端执行器,内有压力大大高于人工。世界各国都在研究传感器避免损伤苹果。利用CCD农产品采摘及收获机器人,它们既摄像机和光电传感器识别果实,从可用于蔬菜采摘,也可用于水果采树冠外部识别苹果时识别率达2007.203◎◎农业机械化与电气化农业机械化—85%,速度达5个/s。该机器人末端于黄瓜、西瓜、甜瓜、茄子、西红柿栽执行器下方安有果实收集袋,缩短培。嫁接机器人可大幅提高嫁接速了从摘取到放置的时间,提高了采度
5、,明显降低劳动强度,并提高嫁接摘速度。成活率。中国农业大学率先研制成功(3)蘑菇采摘机器人。英国Sil-自动插接法、自动旋切贴合法嫁接技soe研究所研制的蘑菇采摘机器人,术,实现了蔬菜幼苗嫁接的精确定可自动测量蘑菇的位置、大小,并选位、快速抓取、良好切削。操作者只需择性地采摘和修剪。它的机械手由把砧木和穗木放到相应供苗台上,机2个气动移动关节和1个步进电机器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、驱动的旋转关节组成,末端执行器接合等嫁接过程的自动化作业,嫁接是带有软衬垫的吸引器,视觉传感速度600棵/h,成功率95%以上,促器采用TV摄像头,安装在顶部用进了果蔬生产规模化、产业化[3]。来确定蘑菇的
6、位置和大小。采摘成2.3移栽机器人机器人可提高功率75%左右,采摘速度6～7个/s。移栽操作质量和工作效率。台湾K.另一种机器人用CCD黑白摄像机C.Ting和Y.Yang等人研制的移栽识别作业对象,识别率达84%,使用机器人,把幼苗从600穴的育苗盘直角坐标机械手进行采摘。为防止中移植到48穴的苗盘中。机器人本损伤蘑菇,执行器部分装有衬垫,吸体部分由4个自由度执行结构和夹附后用捻的动作收获,收获率达持器组成,位于顶部的视觉传感器60%,完整率达57%。确定苗盘尺寸和苗的位置,力觉传(4)黄瓜采摘机器人。日本N.感器保证夹持器夹住而不损伤蔬菜Condo等人研制的6个自由度工业苗。在苗盘相邻的
7、情况下,单个苗移机器人,利用摄像机,根据黄瓜比叶栽的时间在2.6～3.25s之内。茎对红外光的反射率高的原理来识2.4农产品分级机器人机器人别黄瓜和叶茎。用剪断方法,先把黄可完成农产品的分级,大幅提高分瓜抓住,用接触传感器找出柄后剪选的均一性,降低产品破损率,提高断,采摘速度16s/个。由于黄瓜是生产率,降低生产成本,改善劳动条长条形,受叶茎影响大,故采摘成功件。日本在果蔬分拣系统及果蔬拣率较低,在60%左右
