果蔬采摘机器人

果蔬采摘机器丿是针对水果和蔬菜,

通过编程能完成这些作物的采摘，输送，装箱等相关作业任务的具有感知能力的自

动化机械收获系统。

设计果蔬采摘机器人需解决的主要问题是识别和定位果实，在不损害果实也不损害植株的条件下，按照一定的标准完成果蔬的收获。同时，也要考虑经济因素，要保证其成本不比其所替代的人工成本高。W

•理

・1. 1984年，日本京都大学的川村等人开始开始了

对—「的研究，并研制出一台具有5自

特定栽培模式…坡面上种植和平面种植，研制出 了 3种草莓采摘机器人并分别进行了实验。

• 3.荷兰农业环境工程研究所研制出一种多功能

0机械手有7个自由度，采用三菱

RV-E26自由度机械手，在底座上壇

加了 1个线性 滑动由度，采摘成功率约为80%, 需时间45s 。 .,,

由度关节型机械手的机器人。

・ 2 .近藤等人研制出气吸式 ，针对

采摘1条黄

・4.日本冈山大学研制的腸囂晟采用5自 由度的极坐标机械手。视觉传感器一般采用彩色 摄像机。该机

器人的特点是，为了提高使用效率，

・5 .以色列和美国联合研制了一台 该机器人主祐架设汪以拖孑立机牵引为动力的移动

平台上，采用黑白图像处理的方法进行甜瓜的识 别和定位，并根据甜瓜的特殊性来增加识别的成 功

率。试验表明，该机器人可以完甬85%以上的 田间甜瓜的识别 1

开发了多种末端执行器,除了能完成采摘作业，更 換其他的末端执行器还可以完成喷雾、套袋和修 剪枝叶等作业

图1农业机器人简单结构

控器

•用和畧组成的邀

I 可寻找和识别成熟果实。

•带橡月父手指和启动吸嘴的 果实吸住抓

紧后，

的腕关节把果实拧下来而不损

有4个轮子，能在田W 由行走。

仃4仇7 亠•心- •利用

伤果

,把

在第13届中国（寿光）国际蔬菜科技博览会上, 蔬菜机器人在采摘西红柿

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1、草莓米摘机器人

（一）果蔬采摘机器人定位系统

1.激光扫描测距技术

这种技术利用一束激光在物体表面逐点扫描，根据各点反射的信息判别物体的形状及空间位置。其测距原理有三种：、

和O

利用这种技术能够达到很高的水果形状精度及空间位置精度，但速度比较慢，成本比较高。

（二）果蔬采摘机器人视觉系统的目标提取大部分水（疏）果处于采摘期时，其果实表面颜色与北京颜色存在较大差异，而同一品种果实表面颜色相近，体现在色彩空间中果实颜色和背景颜色存在着不同分布的特性。

• 1 •果实表面颜色样本采集

• 2•建立果实表面色彩空间参照表• 3■果实图像分害I」

• 4•图像分割实验结果及讨论

果实表面颜色样本釆集

1、使用数码相机直接从田中拍摄图片，并从这些图片中剪裁岀成熟水果的区域

2、使用数码相机在各种自然光条件下（清晨、中午、傍晚、晴天和阴天）拍摄成熟果实，并拍摄相对应的背景（水泥地面以及树叶、杂草等）

3、在可控光强的光箱中用彩色摄像机（使

用图片采集卡）采集各种光照簫件下的真

实果实的图片

建立色彩空间参照表

•建立色彩空间参照表的过程，实际上就是样本像素在色彩空间的分布过程。\e\

果实图像分割

•有了果实表面颜色色彩空间参照表以后，很容易判断一个像素点是否为目标像素点

•判断方法：在每个像素点的5X5邻域内统计目标像素点个数，超过半数时则认为该点是目标像素点，否则认为是非目标像素占O

水果表面颜色样本色彩空间分布图H水果表面颜色样本色彩空间分布

图

目标分割实验结果

f胪

色删唯

农业机器人的发展与展望

•发展

目前，大部分果蔬采摘机器人还处于研究阶段，离实用化

和商品化还有一定的距离。其主要原因是:

1 •机器人智能化程度没有达到农业生产的要求。农业生产的非结构性和田间工作的不确定性要求采摘机器人具有较高的的智能和柔性生产的能力。

2•采摘效率不高，普遍低于人工采摘。这主要是由于图像处理时间较长，以及机器人的自由度多，对其控制需要话费较长时间。

予

3•机器人的制造成本较高，而且其应用的季节性较强，使

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•展望：

采摘智能化机器人的研究需要在一下几个方面进行努力：1开发岀智能化程度高的视觉处理系统，］能够对

要采摘的成熟果蔬进行准确的识别和精确定位。

2提高图像处理硬件的处理速度，优化软件的算法，同

时简化机器人结构，降低控制难度，从而提高采摘工作

效率

3设计开放式的采摘机器人，提高机器人的通用性。通

过更换末端执行器既能采摘丕同的果蔬, 提高机器人使用效率。

J^reyou out there?