果蔬采摘机器人

果蔬采摘机器人第1页，共23页，2023年，2月20日，星期一

果蔬采摘机器人是针对水果和蔬菜，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。第2页，共23页，2023年，2月20日，星期一国内外发展现状技术原理农业机器人的发展与展望第3页，共23页，2023年，2月20日，星期一1.1984年，日本京都大学的川村等人开始开始了对番茄采摘机器人的研究，并研制出一台具有5自由度关节型机械手的机器人。2.近藤等人研制出气吸式草莓采摘机器人，针对特定栽培模式---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黄瓜采摘机器人。机械手有7个自由度，采用三菱RV-E26自由度机械手，在底座上增加了1个线性滑动由度，采摘成功率约为80%，每采摘1条黄瓜需时间45s。第4页，共23页，2023年，2月20日，星期一4.

日本冈山大学研制的葡萄采摘机器人

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,开发了多种末端执行器,除了能完成采摘作业,更换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

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.以色列和美国联合研制了一台甜瓜采摘机器人。该机器人主体架设在以拖拉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,该机器人可以完成85%以上的田间甜瓜的识别

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第5页，共23页，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘机器人技术原理第6页，共23页，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘机器人技术原理一.番茄采摘机器人

由机械手、末端执行器、行走装置、视觉系统

和控制系统

组成第7页，共23页，2023年，2月20日，星期一果蔬采摘机器人技术原理用彩色摄像头和图像处理卡组成的视觉系统，可寻找和识别成熟果实。带橡胶手指和启动吸嘴的末端执行器，把果实吸住抓紧后，利用机械手的腕关节把果实拧下来而不损伤果实。行走机构有4个轮子，能在田间自由行走。

机器人采摘番茄.flv第8页，共23页，2023年，2月20日，星期一在第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第9页，共23页，2023年，2月20日，星期一二、草莓采摘机器人第10页，共23页，2023年，2月20日，星期一自动草莓采摘机器人.MP4第11页，共23页，2023年，2月20日，星期一（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：脉冲飞行时间测距、相位差测距和差频测距。

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。第12页，共23页，2023年，2月20日，星期一2.利用两台摄像机所获得的图像差异计算目标的三维信息这种技术跟人眼观察物体的方式很相似，他利用两台相隔一定距离的两台摄像机所获取的图像的差异，运用三角测距原理得到果实的有关位置的三维信息，这就是所谓的双目视觉系统。这种技术相比较于激光测距技术精度低，但具有速度快、成本低的特点，在实际研究中得到了广泛应用。第13页，共23页，2023年，2月20日，星期一（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。第14页，共23页，2023年，2月20日，星期一1.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.果实图像分割4.图像分割实验结果及讨论第15页，共23页，2023年，2月20日，星期一果实表面颜色样本采集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出成熟水果的区域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）采集各种光照条件下的真实果实的图片第16页，共23页，2023年，2月20日，星期一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。第17页，共23页，2023年，2月20日，星期一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5×5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点。第18页，共23页，2023年，2月20日，星期一图像分割实验结果及讨论水果表面颜色样本色彩空间分布图第19页，共23页，2023年，2月20日，星期一目标分割实验结果返回第20页，共23页，2023年，2月20日，星期一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。3.机器人的制造成本较高，而且其应用的季节性较强，使用效率较低。第21页，共23页，2023年，2月20日，星期一展望：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开发出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