对黄瓜采摘的机器人设计

对黄瓜采摘的机器人设计

(一)生物生产中自动化的发展

生物生产是指以植物和动物等生物为加工对象的生产活动。在生物生产领域有很多种无人操作的机械系统，例如无人驾驶拖拉机、联合收割机、移植机以及自动推进器等都正在发展，它们通过联合传感系统自行在田间行走。在植物工厂，许多种植、间苗、施肥、收获及包装等过程都发展成为无人操作的自动化机械系统；许多谷物干燥机、水稻磨粉机和剥壳去皮机也都已能完全自动地执行整个任务过程并达到一定的智能化水平。

（二）生物生产系统机器人技术存在的问题

由于收到生物学，神经学MEMS技术，控制技术，通用技术，传感技术以及数学方法等相关学科技发展的制约，生物生产系统机器人至今基本上仍处于实验室研制的阶段，尤其是在克服生物疲劳性，适应性以及可靠实现预期运动行为等方面还不是十分理想，离实际应用还有相当的一段距离。此外，生物生产机器人也不应仅局限于控制生物运动行为，还应该研究如何通过生物的视觉，触觉和听觉来为人类服务。

（三）生物生产系统机器人技术的发展趋势

随着时代的发展，生物生产系统机器人的发展趋势：1.多模式识别，及在应是以图像处理为主要的信号处理方法，辅以其他识别方式，以提高农场品采集，识别的正确性；2.智能算法应用，随着模糊控制的不断发展，特别是像生物生产这样难以建立合适数学模型的领域，通过控制算法的不断改进高农业机器人的工作效率；3.生物生产机器人的开放性，机器人控制系统应允许不同的设计人员与用户对硬件与软件等部分进行二次开发与应用，且应当对生物生产机器人进行模块化设计，根据不同环境，以适应不同工作要求，以提高工作效率。

（四）关于黄瓜采摘的机械人设计

1.黄瓜的种植模式和农艺要求

黄瓜种植模式就是在早春气温低、黄瓜秧苗生长慢、叶面积指数远远低于合理要求的时候，在不影响农事操作情况下，在两行之中再加一行。加行的1000株苗采摘3至4条瓜后，立即拔除。拔除后清理干净，在原栽培行内搂沟增施

腐熟有机肥，浇水，中耕两遍，全田转入正常管理；黄瓜的农艺要求就是要适时耕地，不误农时季节；不漏耕、重耕，田边地头耕翻整齐，不留三角地头。、翻垡良好，覆盖严密，无立垡、回垡现象。耕后地面平整，植被覆盖率在90％以上；能搅混土壤和肥料，覆盖杂草或保肥，耙后水面无浮物。

2.机械人对黄瓜的识别

利用黄瓜果实与其果梗叶片在颜色上的差异，采用在自然条条件下的黄瓜图像为训练样本，分别提取黄瓜果实与背景的RGB颜色分量信息，利用Bayes 分类判别模型对自然背景下的黄瓜进行识别。在分割后对图像进行腐蚀，膨胀，区域，标记及特征提取等处理，就能够准确地提取出成熟的黄瓜果实及其重心位置。

3.黄瓜目标定位

黄瓜采摘机器人在作业过程中必须实时获取当前环境下黄瓜目标与机器人本体或采摘末端执行器的相对位置信息，作为黄瓜采摘的控制输入。通常采用双立体视觉中常用的测距和定位方法，双目立体视觉一般由两个摄像机从不同角度同时获取目标的两幅图像，并基于视差原理获取物体三维几何信息。双目立体视觉系统按照摄像头设置位置不同分为：固定双目视觉系统和随动双目视觉系统。另外在野外或温室内工作的农业机器人可以通过设置激光光源，红外线光源或超声测距系统消除自然光变化对黄瓜目标定位的影响。

4.机器人工作本身的设计

采摘工作中的机器人的功耗主要包括底盘行走功耗，机械臂关节电功功耗，视觉系统背景光源功耗以及控制系统功耗。当机械人行走在田间或者温室内从事黄瓜采摘作业时，要在机械人内自带蓄电池，而去蓄电池的容量，体积和重量直接影响了采摘机器人的持续工作时间长度和整机结构重量。在视觉系统中，可以采用合适的背景光源或适应性强的无光源视觉系统结构，处理算法来有效降低黄瓜采摘机器人的能耗，才从而延长机器人工作时间。

总结：机器人是自动执行工作的机器装置。机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着科技的发展，在农业方面的作业上，将会有更多的利用机械人，能够提高工作效率，也能够减少更多人力物力的投入。