传感器在农业采摘机器人中的应用

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1、2009年5月农机化研究第5期传感器在农业采摘机器人中的应用1,2宋婷(1.胜利油田高培中心党校,山东东营257000;2.西安交通大学电气工程学院,西安710049)摘要:作为智能机器人的一种,农业采摘机器人是机器人技术应用的典范。与工业机器人相比较,农业采摘机器人工作环境的特殊性、非结构性,对农业采摘机器人的智能程度提出了更高的要求。为此,针对农业采摘机器人工作特性,叙述了传感器在农业采摘机器人中所起的作用,分析了农业采摘机器人传感器选取的方法,介绍了多传感器信息融合技术在采摘机器人中的应用,为农业采摘机器人智能传感器的选取与研究提供了依据。关键词:传感器;农业采摘机器人;信息

2、融合中图分类号:TP212.1;TP242.3文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)05-0199-03力,从而提高自身的作业能力和智能水平。0引言机器人传感器分为内部传感器和外部传感器两农业采摘机器人是机器人技术迅速发展的结果,种:内部传感器主要用于检测自身运动状态;外部传是农业向自动化和智能化发展的重要标志。目前,发感器用来感知外部环境信息。付宜利等人将应用于达国家在农业采摘机器人研究方面居于领先地位,已多关节机器人避障的传感器分为无源和有源传感器[2]研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器两种。为了便于理解,在此以农业采摘机器人作业人。农业采摘机器人

3、工作于非结构性、未知的和不确过程中使用的传感器顺序来分析各种传感器。农业定的环境中,其作业对象是随机分布的,决定了农业采摘机器人工作过程为:首先寻找作业对象;驱动机采摘机器人必须具有智能化的感应能力,以适应复杂器人趋向于目标,利用定位装置确定作业对象在末端的作业环境。农业采摘机器人上传感器的应用直接操作器的位置;下达采摘指令采摘果实,采用力传感影响到农业采摘机器人对环境的感知能力,同时也影器测量手抓取果实的力;若遇到障碍物进行实时避响到农业采摘机器人的智能程度。在研制不同农业障。按照此过程先后用到的传感器为视觉传感器、位采摘机器人时需要选择简单、稳定、易实现的传感器置传感器、力传感

4、器,避障传感器等。以提高其作业能力。本文分析了传感器在国内外农2农业采摘机器人常用传感器分析业采摘机器人研究过程中的应用,提出了根据不同的作业环境、作业对象选择传感器,采用多传感器融合2.1视觉传感器技术提高机器人的感知能力,为农业采摘机器人在研机器人的视觉技术也称为机器视觉,它是人类研究过程中传感器的选择提供了依据。究较早的一种环境感觉技术,20世纪60年代中期起源于美国,60年代后期日本也开始了这方面的研究,1传感器类型现在可以说全世界的国家都在研究机器人的视觉技由于农业采摘机器人作业对象是有机生物体,且术。机器视觉的基本原理是将光通过光电元件转换不同地域有不同的自然气候、地形

5、、地貌以及不同的成电信号,通过各种成像技术对看到的作业对象进行种植制度,所以其应用的难度非常之大。尤其针对如分析处理,抽取有用的信息将其输出。其结果可供技此错综复杂的外部环境和形状各异的作业对象,即使术人员观察,更多的是直接输入给机器人的控制系[1]是在同一种农业作业口,其作业对象也千差万别。统,起到反馈外界环境信息的目的。智能农业采摘机器人在作业时需要根据各自作业环相对于工业机器人而言,应用于农产品生产领域境,选择不同的传感器提高感知外界环境信息的能的农业采摘机器人其工作环境和工作对象更加复杂,需要更加高级的计算机视觉传感系统与其相匹配。收稿日期:2008-07-22农业采摘机器

6、人视觉传感系统的主要任务包括:一是作者简介:宋婷(1975-),女,山东青岛人,讲师,在职硕士,(E-mail)songting1975@163.com。确定机器人或其执行机构与工作对象(植物或动物)·199·©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2009年5月农机化研究第5期之间的相对距离;二是确定工作对象的品质、形状和执行件接近目标物体时,吸引器开始朝果实移动。此[3]尺寸;三是机器人行走运动的视觉导航。时,吸力垫内的压力被实时监控

7、,当吸引器内压力到针对农业采摘机器人需要完成的任务,需要选择达一阈值时,止回阀关闭,与真空泵隔开,吸引器开始不同的视觉传感器组成不同视觉完成相应的工作。往回移动。当内部压力达到另一阈值时,手指板开始例如,荷兰黄瓜采摘机器人中采用两台数字式摄像移动,把果实保持在一固定位置,最后利用机械手的[6]机、滤光片、透镜、反射镜、棱镜组成视觉系统。其系腕关节把果实在花梗的连接处拧下。韩国研制的统具有3大功能,即将果实同周围背景物区分开来,苹果采摘机器人,采用三指夹持器作为末端执行