果蔬采摘机器人
采摘机器人关键技术
•4 目标的探测与定位技术：
•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：
• 1 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。
• 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
果树采摘机器人控制与避障技术
2023-11-04
contents
目录
• 果树采摘机器人概述 • 控制技术 • 避障技术 • 采摘机器人案例研究 • 技术挑战与未来发展 • 参考文献
01
果树采摘机器人概述
定义与特点
定义
果树采摘机器人是一种能够模拟和替代人工采摘水果的自动化机械设备。
特点
具有高效、精准、低成本、无损伤等特点，是现代农业的重要组成部分。
实时感知环境变化，调整机器人的行为模式以适应不同场景和需求。
03
避障技术
基于传感器的避障
超声波传感器
利用超声波的反射和传播 特性，检测前方障碍物， 实现避障。
红外传感器
利用红外线的反射和传播 特性，检测前方障碍物， 实现避障。
激光雷达传感器
利用激光雷达扫描前方环 境，获取障碍物的位置、 形状和距离信息，实现避 障。
信号传输
依靠无线通信技术，将控制信号传输到机器人，使其按照指 令进行动作。
自主控制
路径规划
通过预设路径或实时建图，使机器人能够自动导航并到达目标果树。
动作决策
根据机器人传感器获取的信息，自动判断并执行采摘动作。
智能控制
学习与优化
通过机器学习算法对机器人行为进行优化，提高采摘效率与成功率。
适应环境变化
适用于大规模和高精度要求的果树采 摘场景，能够大幅提高采摘效率和降 低人工成本。同时，还能够为其他领 域的自动化控制提供新的思路和方法 。
05
技术挑战与未来发展
技术挑战
感知与识别
果树采摘机器人需要具备精准的 感知和识别能力，能够识别出不 同品种、成熟度和位置的水果， 并判断其是否符合采摘条件。这 需要研究和发展新的传感器技术 以及图像识别和机器学习算法。
蔬果采摘机器人
对于很多蔬菜水果种植户来说，没到是收获的季节，既开心丰收，又烦恼该如何进行采摘，近年来科技力量的不断注入，帮助种植户们解决了采摘难的问题，大大提升了效率以及更好的保证产品的质量。
采摘机器人是利用人工智能和多传感器融合技术，基于深度学习的视觉算法，引导机械手臂完成识别、定位、抓取、切割、回收任务的高度协同自动化系统，采摘成功率可达90%以上，可解决复杂的果蔬收获难题，应用于现代农业园区，是智慧农业的标志性产品。
产品特点
l 利用多传感器融合技术，对采摘对象进行信息获取、成熟度判别、并确定收获目标的三维空间信息及视觉标定。
l 能够引导机械手与末端执行器完成抓取、切割、回收任务的高度协同自动化系统。
l 可以在实现无人值守情况下，自动导航、自动识别、自动完成机械臂运动及机械手采摘。
产品指标
以上就是相关内容的介绍，希望可以帮助了解这一产品，同时如有这方面的兴趣或需求可以咨询了解一下南京矽景自动化技术有限公司。
果蔬采摘机器人研究进展与展望
果蔬采摘机器人研究进展与展望金慧迪（西北农林科技大学，机械与电子工程学院，712100）摘要：本文主要介绍了果树采摘机器人的特点及国内和美国、日本、荷兰、英国等国外的研究进展，并且对研究过程中所存在的一些问题提出了一系列的解决方案，对未来果蔬机器人的发展进行了展望。
关键词：机器人：果树采摘：研究进展在果蔬生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40%。
采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。
由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。
目前国内果蔬采摘作业基本上还是手工完成。
随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。
因此，发展机械化收获技术，研究开发果蔬采摘机器人，具有重要的意义。
一、果蔬采摘机器人的特点1.1 作业对象的非结构性和不确定性果实的生长是随着时间和空间而变化的，生长的环境是变化的、未知的和开放性的，直接受土地、季节和天气等自然条件的影响。
这就要求果蔬采摘机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理功能，而且还要能够顺应变化无常的自然环境，在视觉、知识推理和判断等方面具有相当高的智能。
1.2 作业对象的娇嫩性和复杂性果实具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。
且其形状复杂，生长发育程度不一，相互差异很大。
果蔬采摘机器人一般是作业、移动同时进行，行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围、较长的距离及遍及整个田间表面等特点。
1.3 良好的通用性和可编程性由于果蔬采摘机器人的操作对象具有多样性和可变性，要求具有良好的通用性和可编程性。
只要改变部分软、硬件，变更判断基准，变更动作顺序，就能进行多种作业。
例如，温室果蔬采摘机器人，更换不同的末端执行器就能完成施肥、喷药和采摘等作业。
1.4 操作对象和价格的特殊性果蔬采摘机器人操作者是农民，不是具有机电知识的工程师，因此要求果蔬采摘机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点；另外，农业生产以个体经营为主，如果价格太高，就很难普及。
果蔬采摘机器人的发展现状、问题及对策分析
/发展研究|四川农业与农机/2014年6期|进方向平行滑动，可以保证机构不干扰视觉传感器。
其末端执行器由3把电热刀和围着主茎配置的气动驱动器组成，电热刀的安装位置使其可以从3个方向围住主茎，电热刀上方有V 字形引导器。
首先，视觉传感器识别需要摘除的叶子及其主茎，检测出其位置，接近被摘叶下方的主茎。
电热刀的引导器沿主茎向上滑动，叶柄总可以接触到3个电热刀中的一个，叶柄和电热刀一接触上，电流立即导通，烧断叶柄，摘除叶子。
利用热切断叶柄，还能对切断部位消毒，可以防止病菌从切口侵入。
这种机器人的采摘速度为45s/根，成功率约为80%。
2）冈山大学和井关农机株式会社于1991年合作研究了黄瓜收获机器人，这款机器人的研发是农机农艺相融合的成果。
首先，为使机器人容易进行收获作业，改进了黄瓜的栽培方式——将传统的栽培方式倾斜化，用支柱等支撑茎叶，只让果实露在棚架的下方，达到果实和茎叶分开的目的，以利于黄瓜的采摘。
这台机器人由可进行果实识别和位置检出的视觉传感器、七自由度极坐标型机械臂、可夹持果实并检出和剪断果梗的末端执行器以及移动机构构成。
1.1.3柑橘类收获机器人1）日本久保田株式会社于1988年试验、开发了柑橘收获机器人。
该机器人机械臂为三自由度垂直多关节型，小臂和大臂长度相等，肘和腕关节的速比为2∶1。
末端执行器可以沿直线运动，使机械臂不会像一般极坐标型关节一样伸向背后，从而避免了与背后的果树发生干扰。
机器工作时，频闪光源发光，末端执行器内部的摄像机随即开始采集图像，检测出果实。
机械臂靠近目标果实并用吸盘将目标果实吸入梳状罩，使其和其他果实分开，最后由锥形切刀将果梗切断。
2）美国的佛罗里达大学于1990年开发了橙子收获机器人。
这种橙子收获机器人拥有可实现左右上下和直线运动的三自由度极坐标型液压驱动以及七自由度的机械臂。
当末端执行器内置的光源、彩色摄像机检出果实之后，末端执行器就移向果实，末端执行器内置的超声波传感器检测出距离，半圆形环切刀便旋转切断果梗收获橙子。
果蔬采摘机器人
PART 2
工作原理
工作原理
果蔬采摘机器人的工作原理主要基于传感器和机器视觉技术。首先， 机器人通过GPS和地理信息系统(GIS)技术，确定果园的位置和布局。 然后，机器人利用机器视觉技术，通过高清摄像头获取果园的图像信 息，再通过计算机视觉算法对图像进行处理和分析，以识别和定位成 熟的果蔬。同时，机器人还配备有多种传感器，如温度、湿度、光照 等，以监测果园的环境参数
然而，果蔬采摘机器人的发展也面临着一些挑战。首先，机器人的制造成 本较高，需要大量的研发和试验工作。其次，机器人的运行和维护需要专 业技术人员支持，增加了使用成本。此外，机器人还需要进一步优化和完 善其功能和技术性能，以满足不同果园的采摘需求
PART 5
未来展望
未来展望
随着科技的不断进
未来，机器人
果蔬采摘机器 人
-
1
简介
2
工作原理
3
技术特点
4
优势与挑战
5
未来展望
PART 1
简介
简介
果蔬采摘机器人是一种 自动化农业设备，主要 用于采摘水果和蔬菜
这种机器人通过先进的 传感器和机器视觉技术 ，可以在不同的环境和 气候条件下，准确地识 别和采摘成熟的果蔬
果蔬采摘机器人的出现 ，大大提高了采摘效率 ，减少了人力成本，是 现代农业发展的重要方 向之一
量
最重要的是，果蔬采摘机器人采用了先 进的机器视觉技术，能够通过图像处理 和分析，准确地识别和定位成熟的果蔬。 这种技术不仅提高了采摘效率，还能保 证采摘的果蔬质量。此外，机器人还具 有一定的自我学习能力，能够在实践中 不断优化采摘策略和路径规划，提高采
摘效果
PART 4
优势与挑战
农业机器人在果蔬采摘中的应用前景如何
农业机器人在果蔬采摘中的应用前景如何在当今科技飞速发展的时代，农业领域也迎来了一系列的变革。
其中，农业机器人的出现为果蔬采摘带来了新的可能性。
那么，农业机器人在果蔬采摘中的应用前景究竟如何呢？首先，让我们来了解一下为什么果蔬采摘需要引入农业机器人。
传统的果蔬采摘方式主要依赖人工，然而，随着人口老龄化加剧以及劳动力成本的不断上升，人工采摘面临着巨大的挑战。
此外，人工采摘还存在效率低下、劳动强度大、容易造成果蔬损伤等问题。
而农业机器人的出现，有望解决这些难题。
农业机器人在果蔬采摘中的应用具有诸多优势。
其一，它们能够提高采摘效率。
通过先进的传感器和图像识别技术，农业机器人可以快速准确地识别成熟的果蔬，并进行采摘。
相比人工采摘，机器人可以不知疲倦地工作，大大缩短采摘时间。
其二，农业机器人能够保证采摘质量。
它们可以根据果蔬的成熟度、大小和形状等进行精准采摘，减少对果蔬的损伤，提高果蔬的品质和市场价值。
其三，农业机器人可以适应各种复杂的环境。
无论是高温、低温还是恶劣的天气条件，机器人都能够正常工作，不受外界环境的影响。
然而，目前农业机器人在果蔬采摘中的应用还面临一些挑战。
技术方面，果蔬的生长环境复杂多样，果实的形状、大小和颜色也各不相同，这给机器人的识别和采摘带来了很大的困难。
例如，某些水果在成熟过程中颜色变化不明显，或者被树叶遮挡，机器人可能会出现误判。
此外，机器人的采摘动作还需要更加轻柔灵活，以避免损伤果蔬。
成本方面，农业机器人的研发和生产成本较高，这使得其在短期内难以大规模普及。
同时，机器人的维护和保养也需要专业技术人员，增加了使用成本。
尽管面临挑战，但随着科技的不断进步，农业机器人在果蔬采摘中的应用前景依然十分广阔。
未来，我们可以期待以下几个方面的发展。
在技术创新方面，随着人工智能、机器学习和计算机视觉技术的不断发展，农业机器人的识别和采摘能力将得到显著提高。
例如，通过深度学习算法，机器人可以更好地理解果蔬的生长规律和特征，从而更加准确地进行采摘。
采摘机器人简介
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目录
1摘要 2果树采摘机器人的特点 3国内外采摘机器人的研究进展 4采摘机器人的结构组成 5果蔬采摘机器人的主要问题和关键技术
6参考文献
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1采摘机器人的特点
①作业对象娇嫩、形状复杂且个体状况之间的差 异性大，需要从机器人结构、传感器、控制系统 等方面加以协调和控制； ②采摘对象具有随机分布性，大多被树叶、树枝 等掩盖，增大了机器人视觉定位难度，使得采摘 速度和成功率降低，同时对机械手的避障提出了 更高的要求； ③采摘机器人工作在非结构化的环境下，环境条 件随着季节、天气的变化而发生变化，环境信息 完全是未知的、开放的，要求机器人在视觉、知 识推理和判断等方面有相当高的智能；
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3．2机械手
机械手又称操作机，是指具有和人手臂相似的动作功 能，并使工作对象能在空间内移动的机械装置，是机 器人赖以完成工作任务的实体。在收获机器人中，机 械手的主要任务就是将末端执行器移动到可以采摘的 目标果实所处的位置，
直角坐标
圆柱坐标
极坐标
球坐标
多关节 （类人）
其工作空间要求机器人能够达到任何一个目标果实。 相比其它结构比较起来，要求更加灵活和方便。机械 手的自由度是衡量机器人性能的重要指标之一，它直 接决定了机器人的运动灵活性和控制的复杂性。
西红柿
葡萄
目对于西瓜等作物的藤茎在地面上的果实，使用上述两 种行走装置显然不适合。移动机构的设计必须要保证机 器人运动平稳和灵活避障。荷兰开发的黄瓜收获机器人 以铺设于温室内的加热管道作为小车的行走轨道。日本 等尝试将人形机器人引入到移动式采摘机器人中；但这 种技术目前还不成熟，有待进一步的研制开发。采用智 能导航技术的无人驾驶自主式小车是智能采摘机器人行 走部分的发展趋势。
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图像分割实验结果及讨论
目标分割实验结果
返回
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。
• 国内外发展现状
• 技术原理
• 农业机器人的发展与展望
• 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。
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
二、草莓采摘机器人
自动草莓采摘机器人.MP4
（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。
• 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。
• 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 .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 返回
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。
• 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。
果蔬采摘机器人技术原理
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
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
（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
• 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，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不同的果蔬， 提高机器人使用效率。
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。
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。
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。
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