对黄瓜采摘的机器人设计
采摘机器人关键技术分析
1机器人的结构单，如图一所示：
2农业机器人的感觉系统
机器人的手采用带有弹性触点的触敏元件
、热敏元件、质量传感器、电位器等装置，在 一定程度上有了手的功能。奇迹人的视觉系统 和人的视觉系统类似，由信息获取，信息处理 与特征抽取比较、判断分类等部分组成。
3机械手臂的自适控制系统如图2所示：
4 目标的探测与定位技术：
• 目前，农业机器人额适应性和通用性不足，智能化程度仍 旧不够高等使得难以适应复杂多变的农业生产环境；再者， 现在农业机器人的生产成本高、效率低。这两方面的原因 使得农业机器人尚不合适走出实验室进行广泛的推广使用。 随着各国对农业机器人发展的不断重视，同时对农业机器 人的开发研究在资金和人力上的不断支持，相信农业机器 人会得到一个长足的发展，并最终会走出应用，为农业发 展做出自己的贡献。随着我国民经济的高速发展，农业产 业结构的调整以及新技术的应用，机器人也定会广泛的应 用到我国农业生产中。
• 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
• 5 甜瓜收获机器人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 和
对作业对象的正确识别和定位是任何农业机 器人正常工作所必需的前提。
5自主导航与路径规划：
自主导航是具有开放式结构农业机器人应具备 的重要认知特性。
6 苹果采摘机器人末端执行器 如下图：
毕业设计（论文）-多臂采摘机器人的初步设计采摘手的设计（全套图纸）
多臂采摘机器人的初步设计——采摘手的设计1.绪论1.1研究内容及意义果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节,其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作。
但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因,使得能够从事农业生产的劳动力越来越少,单靠人工劳作已经不能满足现有的需要。
随着计算机图像处理技术和各种智能控制理论的发展,使采用机器人采摘果蔬成为可能。
果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜, 可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统, 是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学, 需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面学科领域知识。
采摘机器人将在解决劳动力不足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性、减轻农业化肥和农药对人体的危害、提高采摘果蔬的质量、降低采摘成本、提高劳动生产率、保证果蔬的适时采收、提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。
国际上, 一些以日本和美国为代表的发达国家,已经从20世纪80年代开始研究采摘机器人,并取得了一些成果。
而我国在该领域中的研究还处于起步阶段,因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平,使其为我国农业的生产和发展做出重大贡献。
全套图纸，加1538937061.2研究现状果蔬采摘机器人的研究开始于20 世纪60 年代的美国( 1968 年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式。
其缺点是果实易损、效率不高，特别是无法进行选择性的收获，在采摘柔软、新鲜的果蔬方面还存在很大的局限性。
但在此后，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，采摘机器人的研究和开发技术得到了快速的发展。
1.2.1国外研究现状在日本、美国等发达国家，农业人口较少。
随着农业生产向规模化、多样化、精确化的方向迈进，劳动力不足的现象越来越明显。
采摘机器人机械手结构设计与分析
采摘机器人机械手结构设计与分析一、本文概述1、采摘机器人的研究背景和意义随着农业技术的快速发展和人口老龄化的加剧，传统的人工采摘方式已经难以满足现代农业生产的需求。
采摘机器人作为一种新型的农业机械设备，具有高效、精准、省时省力等优点，正逐渐成为农业领域的研究热点。
采摘机器人的研究和应用，不仅可以提高农作物的采摘效率和质量，降低人工成本，还可以改善农民的工作环境和条件，推动农业现代化的进程。
机械手作为采摘机器人的核心部件，其结构设计直接影响到采摘机器人的性能和稳定性。
因此，对采摘机器人机械手结构的设计与分析显得尤为重要。
通过对采摘机器人机械手结构的研究，可以深入了解其运动特性、受力情况和优化方案，从而提高采摘机器人的采摘效率和准确性，推动采摘机器人在农业生产中的广泛应用。
这也为农业机械化、智能化和自动化的发展提供了重要的技术支撑和理论基础。
研究采摘机器人机械手结构设计与分析具有重要的理论意义和实践价值，对于推动农业现代化和提高农业生产效益具有重要意义。
2、机械手在采摘机器人中的重要作用在采摘机器人中，机械手的作用至关重要。
作为采摘机器人的核心部件之一，机械手负责直接与目标农作物进行交互，完成识别、抓取、剪切和放置等一系列复杂动作。
这些动作的成功执行，直接决定了采摘机器人的工作效率、采摘质量和适应性。
机械手的设计直接决定了采摘机器人的工作能力。
通过合理的结构设计，机械手可以适应不同形状、大小和成熟度的农作物，实现精准、高效的采摘。
机械手的运动轨迹和速度控制也是影响采摘效率的关键因素。
因此，对机械手的精确控制是实现高效采摘的关键。
机械手的性能直接影响到采摘机器人的采摘质量。
在采摘过程中，机械手需要保持稳定的抓取力度，避免对农作物造成损伤。
同时，机械手还需要具备足够的灵活性和精度，以确保能够准确地将农作物采摘下来。
这些要求都对机械手的设计和制造提出了极高的挑战。
机械手的适应性也是采摘机器人性能的重要评价指标。
黄瓜采摘机器人嵌入式系统的设计与实现
黄瓜采摘机器人嵌入式系统的设计与实现侯茗耀,王 库,党 帅(中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083)摘 要:将嵌入式系统应用于智能农业机器人是该领域今后发展的一个趋势。
为此,介绍了黄瓜采摘机器人基于DM642+S3C2410嵌入式系统的设计与实现;阐明了该嵌入式系统的硬件组成原理及软件结构。
经系统与机器人移动平台以及机械臂联调测试表明,其实时性好、识别率高、定位精确、功耗小且成本低,能够完成非结构化环境下对黄瓜果实的识别与定位,并最终完成对黄瓜果实的采摘。
关键词:黄瓜采摘机器人;嵌入式系统;T MS320DM642;S3C2410中图分类号:TP242;S126 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)08-0057-040 引言近年来,欧美一些国家和日本一直致力于基于机器视觉的采摘机器人的研究与开发,我国在这个领域也进行了相应的研究。
采用嵌入式系统取代传统PC 来控制机器人是今后这一领域发展的趋势。
嵌入式系统在集成能力、稳定性、运算速度、系统成本、低功耗以及便携性等方面的优势,是传统的基于PC机的系统所不能及的。
T MS320DM642是TI公司推出的专用图像处理DSP。
借助于DSP强大的运算能力,在DSP中完成图像的采集和处理,从而提高了图像处理的实时性,满足机器人控制对其视觉系统实时性的要求。
S3C2410是S AMS UNG公司的一款AR M9处理器,借助其强大的控制能力,在AR M中植入L I N UX操作系统,并在ARM中移植轨迹规划算法,完成对机械臂的控制。
本嵌入式系统是针对采摘温室中非结构化环境下种植的黄瓜而设计与实现的。
采用DM642+S3C2410自行开发与设计的嵌入式系统,能够快速完成对黄瓜果实的识别与定位,并计算出黄瓜抓取点的三维坐标,再配合机器人移动平台与机械臂装置,能够很好地完成对黄瓜果实的收割。
1 黄瓜采摘机器人系统黄瓜采摘机器人系统由机器人移动平台、双目摄收稿日期:2008-10-31基金项目:国家863计划项目(2007AA04Z222)作者简介:侯茗耀(1983-),男,四川南充人,硕士研究生,(E-mail) david_hmy@t 。
自导航温室黄瓜收获机器人的研究
Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ２ ０ １ ３ ， ３ ４ （ ６ ） ： ２ ２ ５ ￣ ２ ２ ９
０ 引 言
随着 黄瓜 市场 需求 的不 断增 加 ．温 室大棚 种植 面 积不 断扩 大 目前 温室 大棚 内黄瓜 收 获还 是 以人 工作
关 键 词 ： 自导航 ；温 室 ；收 获 机 器 人 ；并 行 处 理
中图 分 类 号 ：￥ ２ ２ ６ ． ４
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ５ ５ ５ ３ ｆ ２ ０ １ ３ ）０ ６ — ０ ２ ２ ５ — ０ ５
杨 振 宇， 刘发 英 ， 王 勇．自导 航 温 室 黄 瓜 收 获机 器 人 的研 究 ｌ Ｊ １ ． 中 国农 机 化 学 报， ２ ０ １ ３ ， ３ ４ （ ６ ） ： ２ ２ ５ ￣ ２ ２ ９
降 运 动 ．黄瓜 收 获 与 下 一 个 采 摘 目标 的 图像 获 取 同 步 进行 ．获 取 的 源 图 像 经 灰 度 变 换 、Ｏ ｔ ｓ ｕ 自适 应 阈值 算 法 和 中值 滤 波
算 法 预 处理 后 ．再 采 用 局 部 最 大类 间方 差 阈值 法 对 黄瓜 果 实 进 行 识 别 。 试 验结 果 表 明收 获 速 度 可 达 ２ ５根／ ｍ ｉ ｎ ，收 获 成 功 率在 ９ ２ ％ 以上 ．可 以 满 足 温室 黄 瓜 收 获 的 实 际工 况 要 求 ，具 有 较 好 的应 用 前 景 。
农业采摘机器人机械臂结构设计与分析
通过对测试数据的分析和评估，可以总结出机械臂的优劣势以及需要改进的 方向。例如，如果机械臂的抓取精度较高但移动速度较慢，可能需要优化其传动 系统以提高移动速度；如果机械臂的移动速度较快但抓取精度较低，可能需要改 进其末端执行器设计以提高抓取精度。
四、结论
农业采摘机器人机械臂结构设计与分析是提高采摘效率和精度的关键。本次 演示通过对机械臂结构、运动原理、性能测试等方面的详细阐述，强调了农业采 摘机器人机械臂的重要性和应用前景。为了进一步优化机械臂性能，未来的研究 应以下几个方面：1）改进传动系统设计以提高移动速度和抓取精度；2）研发更 高效的末端执行器以提高采摘效率；3）
结合机器视觉和技术实现对不同形状、大小、颜色的果实自动识别和抓取； 4）完善机械臂的自我保护和故障诊断功能以提高其可靠性和耐用性。通过对这 些方向的深入研究，有望为农业采摘机器人的进一步发展提供有力支持。
参考内容
随着科技的飞速发展，农业采摘机器人已成为现代农业的重要组成部分。本 次演示将聚焦于农业采摘机器人的核心部件——机械臂，探讨其结构设计的关键 因素，以及未来的发展趋势和挑战。
3、机械臂结构设计的未来发展 趋势和挑战
未来，机械臂结构设计将朝着轻质、高强度、多功能、人性化和环保等方向 发展。在材料选用上，将更多地采用高性能轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金等；在结构设计上，将更加注重人体工学和空间利用率的提高；在功能上，将 更多地引入多种传感器和执行器，提高机械臂的感知能力和动作精度；在人性化 设计上，将更加注重用户体验和操作便捷性；在环保方面，将更多地采用节能环 保材料和方法，降低机械臂的生整体结构需根据采摘对象和作业环境进行设计。一般而言，机械臂 应具备大范围的运动能力，以覆盖广阔的采摘区域。同时，为了方便操作和维护， 机械臂结构应简洁、易于拆卸。
采摘机器人机械手臂机电一体化设计
采摘机器人机械手臂机电一体化设计采摘机器人机械手臂机电一体化设计随着人工智能和机器人技术的飞速发展，采摘机器人逐渐成为农业生产领域的一项重要技术。
而其中机械手臂的机电一体化设计起到了至关重要的作用。
本文将以此为主题，从机械手臂的结构设计、功耗优化和智能控制三个方面展开分析，以期为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
首先，机械手臂的结构设计是影响其采摘效果和适用性的关键因素之一。
在设计过程中，应考虑机械臂的可伸缩性、抓取力度和抓取精度等因素。
可伸缩性是指机械手臂能够适应不同种类和高度的农作物，这可通过灵活的关节设计和伸缩式的结构实现。
抓取力度的优化可以通过选用合适的抓取装置、优化电机功率和增加摩擦力等方式实现。
而抓取精度的提高则需要考虑传感器的应用，以实时感知和调整机械手臂的位置和力度。
其次，功耗优化是机械手臂设计过程中需要重点关注的问题。
采摘机器人通常需要长时间工作，因此功耗控制对于延长机器人工作时间和降低运营成本具有重要意义。
在机电一体化设计中，可以采用低功耗的电机和传感器，优化电机的工作参数和控制策略，以减少功耗。
此外，可以利用太阳能、风能等新能源技术，对机器人进行供电，进一步降低其能耗。
最后，智能控制是机械手臂机电一体化设计中的一项关键技术。
借助人工智能和机器学习的发展，可以实现对机械手臂的自主学习和智能化控制。
通过训练，机械手臂可以学习识别不同种类的作物和不同生长阶段的特征，从而针对性地调整自身的抓取策略和姿态。
智能控制还可以实现对机械手臂运动轨迹的优化，提高采摘的效率和准确性。
综上所述，采摘机器人机械手臂的机电一体化设计需要考虑结构设计、功耗优化和智能控制等方面的问题。
只有全面考虑这些因素，才能设计出生动高效的采摘机器人。
未来的农业生产将借助机械手臂的应用，在提高生产效率和减少劳动力投入方面发挥巨大的作用。
农业采摘机器人
极坐标机械手臂
极坐标机械手的 手臂具有多个自由度， 其占用的空间少，惯 性小，但是其避障能 力不好。
多关节机械手臂
多关节机械手的 手臂运动的柔性最好， 移动的速度高，动作 的范围大，还可以绕 开障碍物，但是它结 构复杂。
：上海大学 SKLPad服务机器人手 臂
末端执行器 对象的结构及物理特性不同，设计有不同的末端执行
器，一般类型如：手指型、针式型、剪切型、吸盘型等
上海大学三指灵巧手
吸盘式抓取执行器
一个完整的末端执行器通常需要内外部传感器一起处理 作业对象的特性，如压力传感器等
上海大学三指灵巧手
吸盘式抓取执行器
移动装置
轮式移动装置 轨道式移动装置 履带式移动装置
固定采摘机器人STTPS系统，适用于植株可移动系统
图 像 分 割
特 征 提 取 与 识
空 间 定 位
别
方案一 双目立体视觉
方案二 基于Kinect空间识别和定位
针对机器采摘过程中果蔬漏摘问题的方案 利用机器识别采摘和终端人工相结合的方法，提高机器采摘效率
终端计算机
无线传输
采摘机器人
每次将识别标定好的区域采摘完成后，向终端发送该区域的采 摘后图片，人为标定漏摘果实，进而无线传输给机器人，完成空间 定位和后续采摘。
控制模块 基于PC平台和ARM的采摘控制系统 基于PC平台和PLC的机器移栽系统
基于PC平台和ARM的采摘控制系统
基于PC平台和PLC的机器移栽系统
Thanks!
机械手臂 机械手臂性能的两个关键参数是关节和自由度
直角坐标机械手臂 圆柱坐标机械手臂 极坐标机械手臂 多关节机械手臂
注意：机械手应尽量避免直接接触目标及障碍的阻碍
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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。