应用3-农业收获机器人课件

农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术第12讲 农业收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术按收获的农产品来分类一、水果收获机器人二、蔬菜收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术水果收获收获是水果生产中最重要和最耗时费力的环节，收获效果的好坏还会直接影响到后续的存储与加工过程。在很多国家，由于劳动力的高龄化和人力资源的缺乏，使得人工收获成本几乎占整个水果生产成本中的一半，并且有些果实采摘作业使用人工存在一定的危险性，因此实现水果收获的机械化变得越来越迫切。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术传统的水果收获方法机械推摇采果机：树干和主树枝(视频视频)机械撞击采果机气力摇晃采果机损伤大损伤大农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术机械撞击采果机农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术图7-21 吸气式振摇采果机1.杂物排出口 2.风机 3.果实沉降室 4.输送带 5.吸风道 6.采吸口农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术水果收获机器人水果采摘机器人采摘水果时，首先要利用视觉系统获取水果的具体位置信息，然后将机械臂移动到采摘的最佳位置，最后再进行采摘。因此，准确的获取目标水果的三维位置信息是水果采摘机器人视觉系统的主要工作。传感器传感器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术采摘对象特点目前视觉系统的采摘对象仍局限于颜色和背景差距较大的、形状规则的水果，如红色的苹果、柑桔、西红柿等。因为前景和背景颜色差距大，可以通过颜色特征很好的对图像进行分割，将水果从复杂的背景中提取出来。而形状规则的则可通过提取其边缘特征，通过模式识别等方法将水果从复杂的背景图像中提取出来。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术叶叶表面表面叶叶被面被面果实果实藤枝藤枝波长波长反反射射率率农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术视觉传感器由于采摘环境的复杂性，比如：水果及树叶的遮挡、光照对采摘的影响等等，使得识别定位水果的工作难度大大增加。分类：单目系统；双目系统。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术遮挡农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术光照影响农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术获取水果的三维位置信息一个彩色相机只能得到目标的二维位置信息和成熟度信息，而无法获取其三维位置信息。没有纵深距离，机器人就不能进行采摘。因此，对于纵深距离不固定的水果采摘环境，必须至少再增加一个测距工具才能获取其纵深距离。目前常用的测距工具可以是彩色相机、激光测距仪、超声波传感器等。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术获取水果的三维位置信息对于两个相机构成的视觉系统可以采用双目立体视觉方法来获取其三维位置信息。激光和超声波均可以采用渡越时间法来测量纵深距离，也都可以采用对物体反射光特征或声波特征进行分析的方法来获取其纵深距离。激光的优势在于它的辨析度较高，可以发射点对点的激光束；而超声波的优势在于操作简单、价格便宜，但是声波的传播基本可以看作是一个圆锥形，不仅传输速度慢，而且如果距离较长，声波能量损失较大，准确性较差。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术激光测距仪激光测距仪内部的旋转镜一边改变方向，一边根据发射出的激光经物体反射回来所经过的时间检测距离，即用二维（扇形）信息检测出周围的物体。扫描角最大为180度，扫描间隔可为0.25、0.5或1度。收集到的距离和角度数据通过RS-232或RS-422接口输入到计算机中。发射光源采用红外激光二极管，符合激光的1级安全标准，对人眼安全。另外，也有带有雾、雨、雪影响校正功能的户外型仪器。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术激光测距仪激光测距仪被一个升降装置带动在垂直方向上下移动，同时做一个扇形的扫描来获取果实目标的三维信息。如果探测到的相邻两个像素之间的距离大于50mm就认为是两个目标水果，这样就可以感知到同一簇上紧靠在一起的水果。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术激光测距仪农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术采摘的难点最主要的一个难点是遮挡问题。如何解决？如何解决？增加机器人手臂的自由度？改变栽培模式。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术栽培方式的改进农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术末端执行器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术肘肘关节电机关节电机抓抓摘、摘、剪切电机剪切电机果实推出电机果实推出电机肘肘关节旋转变位器关节旋转变位器抓摘剪切抓摘剪切变位器变位器果实推出变位器果实推出变位器抓摘部抓摘部剪切部剪切部抓摘抓摘弹簧弹簧果实推出部果实推出部农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术柑桔的树枝硬，需用柑桔的树枝硬，需用剪刀或刀片剪刀或刀片将其剪下。将其剪下。人工肌肉人工肌肉气缸气缸1气缸气缸2气缸气缸剪刀剪刀3个指头分布个指头分布为为上上2指，下指，下1指指。上。上2指之指之间是结果的树间是结果的树枝插入位。当枝插入位。当手指抓住果实手指抓住果实后，驱动气缸后，驱动气缸1将剪刀伸出将剪刀伸出50mm，气缸气缸2带动剪刀剪带动剪刀剪断树枝。断树枝。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术爪里组装有检测果实位置的摄像机爪里组装有检测果实位置的摄像机农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术收获过程：收获过程：（1）用吸力盘固）用吸力盘固定柑桔。定柑桔。（2）将柑桔吸入）将柑桔吸入手掌中。剪刀前手掌中。剪刀前移，笼壳前移，移，笼壳前移，将要摘的果实与将要摘的果实与其他果实分开。其他果实分开。（3）剪断果蒂。）剪断果蒂。农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术手爪具有柔性手指，但不考虑果蒂的方向。手爪具有柔性手指，但不考虑果蒂的方向。接近时接近时收获时收获时柔性指柔性指农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术西瓜收获末端执行器西瓜收获末端执行器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术甘蓝收获末端执行器甘蓝收获末端执行器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术收获机器人图片与视频农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术葡萄收获机器人葡萄收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术柑桔收获机器人柑桔收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术柑橘收获机器人柑橘收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术Construction of the AFPM比利时的苹果采摘机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术1995年西瓜收获机器人（）西瓜收获机器人（）农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术1997年西瓜收获机器人（）西瓜收获机器人（）农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术2002年西瓜收获机器人（）西瓜收获机器人（）农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术制动机构制动机构 手爪手爪 液压油缸液压油缸 视觉传感器视觉传感器甘蓝收获机器人甘蓝收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术茄子收获机器人茄子收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术视频柑橘收获机器人苹果收获机器人草莓收获机器人西瓜收获机器人黄瓜收获机器人西红柿收获机器人茄子收获机器人甘蓝收获机器人农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术智能化研究所的水果收获机器人研究情况智能化研究所的水果收获机器人研究情况相关视频工业机器人立体视觉末端执行器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术智能化研究所的水果收获机器人研究情况智能化研究所的水果收获机器人研究情况相关视频农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术图像识别算法农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术 (a)(b)(c)(d)(a)右眼原图(b)腐蚀与膨胀(c)Hough变换(d)深度图 农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术末端执行器农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术农机自动监测与控制技术讨论讨论与与答疑答疑