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。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人一、引言随着农业科技的不断发展，自动化农业机器人在现代农业生产中起到了重要的作用。
本文将介绍一种基于自动化的苹果采摘机器人，该机器人能够实现高效、准确地采摘苹果，提高农业生产效率，减轻农民的劳动强度。
二、机器人的工作原理1. 机器人结构该苹果采摘机器人由机械臂、视觉系统、控制系统和挪移底盘组成。
机械臂负责采摘苹果，视觉系统用于识别成熟的苹果，控制系统控制机器人的运动，挪移底盘使机器人能够在果园中自由挪移。
2. 视觉系统机器人配备了高分辨率的摄像头和图象处理算法，能够准确地识别苹果的成熟度和位置。
通过对苹果的颜色、形状和纹理等特征进行分析，机器人能够判断苹果是否成熟，并确定采摘的位置。
3. 机械臂机械臂采用多关节结构，具有灵便的动作能力。
根据视觉系统的识别结果，机械臂能够精确地定位并采摘苹果。
机械臂末端配备了夹爪，能够稳固地抓住苹果并将其放入篮子中。
4. 控制系统控制系统是机器人的大脑，负责协调机器人的各个部份工作。
通过与视觉系统和机械臂的实时通信，控制系统能够根据果园的情况调整机器人的运动轨迹和采摘策略，以最大限度地提高采摘效率。
5. 挪移底盘挪移底盘由多个驱动轮和电动机组成，能够使机器人在果园中自由挪移。
底盘上安装有传感器，能够感知地形和障碍物，确保机器人的安全运行。
三、机器人的工作流程1. 果园扫描机器人首先通过视觉系统扫描整个果园，获取果树的分布和苹果的成熟度信息。
机器人会记录下每棵果树的位置和苹果的数量，为后续的采摘工作做准备。
2. 目标定位根据果园扫描的结果，机器人会选择一个目标果树，并确定采摘的顺序。
机器人会使用视觉系统精确定位目标果树，并计算出采摘的路径。
3. 采摘操作机器人的机械臂会根据目标果树的位置和苹果的成熟度，精确地采摘苹果。
机械臂会将采摘的苹果放入篮子中，并记录下采摘的数量和时间。
4. 挪移到下一个目标采摘完成后，机器人会根据预先设定的路径挪移到下一个目标果树。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人自动化技术在农业领域的应用越来越广泛，其中之一就是基于自动化的苹果采摘机器人。
本文将详细介绍基于自动化的苹果采摘机器人的标准格式。
一、引言自动化的苹果采摘机器人是一种利用先进的机器人技术和计算机视觉技术，实现苹果采摘的自动化过程的装置。
它能够准确地识别和采摘成熟的苹果，提高采摘效率和质量，减轻人工劳动强度。
二、机器人结构与工作原理1. 机器人结构基于自动化的苹果采摘机器人通常由机械臂、图象识别系统、运动控制系统和数据处理系统等部份组成。
机械臂是核心部件，用于定位和采摘苹果。
图象识别系统用于识别成熟的苹果，运动控制系统用于控制机械臂的运动轨迹，数据处理系统用于处理采摘过程中的数据和信息。
2. 工作原理首先，图象识别系统通过摄像头获取苹果树上的图象，并利用计算机视觉算法进行图象处理和分析，识别出成熟的苹果。
然后，运动控制系统根据图象识别结果，计算机械臂的运动轨迹，使机械臂准确地定位到成熟的苹果。
最后，机械臂进行采摘动作，将苹果放入容器中。
三、性能指标与测试方法1. 性能指标基于自动化的苹果采摘机器人的性能指标包括采摘速度、采摘准确率和故障率等。
采摘速度指机器人采摘苹果的速度，采摘准确率指机器人正确识别和采摘成熟苹果的能力，故障率指机器人浮现故障的频率。
2. 测试方法为了评估基于自动化的苹果采摘机器人的性能，可以进行以下测试方法：- 采摘速度测试：设置一定数量的苹果，记录机器人采摘这些苹果所需的时间，并计算平均采摘速度。
- 采摘准确率测试：设置一定数量的成熟苹果和未成熟苹果，记录机器人正确识别和采摘成熟苹果的数量，并计算准确率。
- 故障率测试：记录机器人在一定时间内浮现故障的次数，并计算故障率。
四、应用前景与发展趋势基于自动化的苹果采摘机器人在农业生产中具有广阔的应用前景。
它可以提高采摘效率和质量，减少人工劳动强度，降低劳动成本。
随着机器人技术和计算机视觉技术的不断发展，基于自动化的苹果采摘机器人将越来越智能化、精准化，并且可以应用于其他农作物的采摘。
采摘机器人的研究进展与现状分析
谢谢观看
在传感器技术方面，采摘机器人需要使用多种传感器来获取作物的位置、颜色、 大小等信息。例如，机器视觉技术可以通过分析图像中的颜色和形状来确定目 标作物的位置，而深度传感器则可以获取作物的三维信息。这些传感器技术的 结合使得采摘机器人能够更加准确地识别和定位目标作物。
在人工智能方面，采摘机器人的智能化程度越来越高。通过机器学习算法的训 练，机器人可以学习如何识别作物并进行采摘。同时，机器人还可以根据环境 因素（如天气、光照等）的变化来调整自身的采摘策略，以适应不同的采摘环 境。
2、智能化程度的进一步提高：未来的采摘机器人将具备更加智能化的算法和 传感器技术，以便更好地适应各种不同的采摘环境和任务。例如，通过使用更 加先进的机器学习算法和计算机视觉技术，机器人将能够更加准确地识别和定 位目标作物，并自动调整自身的采摘策略以适应不同的环境因素。
3、移动性和灵活性的进一步提升：未来的采摘机器人将具备更加灵活的机械 臂和传感器系统，以便更好地适应各种不同的采摘任务。例如，通过使用可折 叠式的机械臂和传感器系统，机器人将能够在不同的采摘场景中自由切换姿态 和位置，从而提高采摘效率和质量。
2、遥控与远程监控技术
随着无线通信技术的发展，遥控与远程监控技术也被广泛应用于移动式采摘机 器人。操作者可以通过手机或电脑对机器人进行远程操控，实时获取机器人的 工作状态、位置信息以及故障预警等数据，实现对机器人高效管理和监控。
3、人工智能算法的优化与改进
针对采摘机器人视觉识别、路径规划等关键问题，人工智能算法不断得到优化 与改进。深度学习算法的应用已经从传统的卷积神经网络（CNN）扩展到强化 学习、迁移学习等多种领域，提高了机器人的自主性和适应能力。
四、结论
移动式采摘机器人的研究和发展为现代农业提供了强有力的支持。尽管现有的 研究已经取得了显著成果，但仍存在许多挑战和问题需要解决。未来研究应多 传感器融合与信息融合技术的进一步发展、算法的持续优化以及远程监控技术 的深入研究等方面，以提升采摘机器人的工作效率和智能化水平。随着科技的 不断进步和创新，相信移动式采摘机器人的应用和发展将会为现代农业带来更 加美好的未来。
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
番茄采摘机器人的介绍
Part 3
应用领域
应用领域
1
番茄采摘机器人的应用领 域主要是农业领域，特别 是大规模的番茄种植园
2
3
这些机器人可以极大地提 高采摘的效率和质量，降 低因手工采摘而造成的损
失和浪费
同时，对于一些需要大量 人力的农业活动，如收割、 种植等，也可以借鉴和应
用自动化技术
Part 4
发展前景
发展前景
重大的意义
Part 5
结论
结论
1
总的来说，番茄采摘机器人是一种利用先进技术实现农业自动化的 成功案例
这种机器人的应用将会改变传统的农业生产方式，推动农业现代化 的发展
2
3
同时，也需要注意到，这种技术的引入可能会对农业工人产生一定 的影响，需要进行合理的规划和引导பைடு நூலகம்
尽管存在一些挑战，但随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展， 我们有理由相信番茄采摘机器人的未来充满希望
为了应对这些挑战，需要采取一 些对策。首先，需要进一步加强 技术研发，提高机器人的传感器 技术和机器学习算法的精度。其 次，需要优化机器人的设计和制 造工艺，降低其维护和运行成本。 最后，需要制定合理的政策和措 施，鼓励农民使用番茄采摘机器 人，并引导他们适应新的农业生 产方式
总之，番茄采摘机器人的发展对 于提高农业生产效率和可持续性 具有重大的意义。虽然存在一些 挑战，但随着技术的不断进步和 应用领域的不断扩展，我们有理 由相信番茄采摘机器人的未来充 满希望
01
02
03
随着科技的不断发展，番茄 采摘机器人也在不断的升级
和改进
未来，这种机器人可能会具 备更多的功能，如对不同形 状、大小的番茄进行识别和 采摘；适应不同的气候和土 壤条件；甚至可以通过学习 和适应，提高自身的采摘效
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人引言概述：自动化技术在农业领域的应用越来越广泛，其中基于自动化的苹果采摘机器人正逐渐成为农民的得力助手。
这种机器人能够提高采摘效率、减少人工成本，并且能够在不损害苹果品质的情况下进行采摘。
本文将从机器人的设计原理、工作流程、技术挑战、优势以及未来发展方向等五个方面详细阐述基于自动化的苹果采摘机器人。
一、机器人的设计原理1.1 传感器技术：苹果采摘机器人通过搭载多种传感器，如视觉传感器、力传感器、触觉传感器等，实现对苹果的感知和定位。
1.2 运动控制技术：机器人通过精确的运动控制算法，实现在苹果树枝之间的准确移动和采摘动作。
1.3 人工智能技术：机器人利用人工智能技术，通过学习和优化算法，提高采摘的准确性和效率。
二、机器人的工作流程2.1 感知阶段：机器人利用视觉传感器对苹果进行识别和定位，同时通过力传感器感知苹果的成熟度。
2.2 运动规划阶段：机器人根据感知结果，利用运动控制技术规划最优的采摘路径，并实现准确的运动。
2.3 采摘阶段：机器人利用触觉传感器判断苹果的成熟度，并进行准确的采摘动作，将苹果放入容器中。
三、技术挑战3.1 视觉识别难题：苹果树枝的复杂结构和苹果的不同成熟度使得视觉识别变得复杂，需要研发更精确的算法和传感器技术。
3.2 运动控制难题：机器人在狭小的苹果树枝间进行准确的运动控制是一项技术挑战，需要解决运动规划和路径规划等问题。
3.3 采摘力度控制难题：机器人需要根据苹果的成熟度调整采摘力度，需要研发精确的力传感器和控制算法。
四、机器人的优势4.1 提高采摘效率：机器人能够实现连续、高效的采摘动作，大大提高了采摘效率，减少了人工成本。
4.2 保证采摘质量：机器人通过精确的感知和控制技术，能够准确判断苹果的成熟度，并采摘成熟度合适的苹果，保证了采摘质量。
4.3 减少人工劳动：机器人能够代替人工进行苹果采摘工作，减轻了农民的劳动强度，提高了工作效率。
五、未来发展方向5.1 智能化发展：未来的苹果采摘机器人将更加智能化，能够适应不同的果园环境和苹果品种，实现更加精准的采摘。
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种植模式
——
地垄式的与高架栽培模式（果实 成熟后分别从栽培床两侧垂下）
（地垄式）采摘累
草莓是草本植物，高度只有30厘米左右，果实贴 在地上，果农只能弯腰或蹲下或半蹲才能采 摘．前后两脚成一条直线踩或踮在垄沟中。
（高架式）国内大多数研究是基于高架的栽 培技术，设施农业是发展趋势。
如何实现
皮薄质 软
易损伤
夹取果 柄
末端执 行部分
个大， 鲜艳
形状与 颜色
CCD以及 图像处 理
高低距 离
空间位 置
三自由 度机械 手
如何实现
有个能移动的底 盘（履带式）
图像采集
处理器 （ＰＣ或单片机）
三自由度的直角 坐标机械手
末பைடு நூலகம்执行部分 （剪断，夹住果 柄）
如何实现
组成：PC，ＣＣＤ，图像采集卡 一台CCD固定在机架上，距离地面远，获取面 积较大，分辨率低； 另外一台安装在机械手的Ｚ轴，可以随机械手 一起运动，距离地面较近，获取图像面积小， 分辨率高。 （可进行分级与判断成熟与否）
如何实现
（背景）所处的外部环境是复杂的、多变的、 非结构的，并且与果实的栽培方式有很大关系。 因此，设计机械手应在考虑栽培方式的基础上， 使果实处于其作业空间内，并且能够避免障碍 物(叶子、茎秆等)，准确地抓取到果实。 （分类）如果按其坐标形式分四类：直角坐标 机器人、关节坐标机器人、圆柱坐标机器人和 极坐标机器人。
桥架式直角坐标机器人
（组成）直角坐标机器人
的运动主要是由三个互相 垂直的直线运动(x、Y、z) 复合而成，此外还可辅以 作业机械手的转动以增加 其运动自由度。
如何实现
手爪要完成的 功能有两个： 切断和夹取。 因此必须有 “夹”、“放” 这两个状态， 并且能够在这 两个状态之间 方便的转换。
发展方向
草莓采摘速度，有待提高。究其原因：畸形果算 法有待优化；提高定位精度（果柄过短，导致采 摘困难）；叶子干扰影响判断。 收获机器人的图像处理系统运行速度慢，使机器 人等待结果时间长。有待提高 对这类果实采用一种收获机器人，只对末端执行 器的张开度进行适当修改。（在果蔬果实中，圆 形果实约占70％。） 在保证果实生长的情况下，改变其栽培模式，使 之适应采摘。（例子：棉花与采棉机）
草莓采摘机器人
6.果蔬生产是非结构性的开放系统，其工作对象的特性受外界环境影响 大
草莓采摘机器人
大体介绍
·机器人ＶＳ机械 ·草莓概况
如何实现
·设计思路
·视觉系统 ·机械手设计 ·末端执行器
发展方向
·执行速度更快 ·排除干扰 ·高架栽培
大体介绍
机器人ＶＳ机械 草莓概况 —— —— 思考，模仿人的动作
收获期每年12月——第二年5月 长于苹果，梨，柑橘。富含ＶＣ。 经济效益好。草莓一般在开花后30天左右， 果实进入成熟期。露地栽培的草莓-采摘 期达20天左右，而温室种植的草莓采摘 期可达5-6个月．
高等农业机械
草莓采摘机器人
果蔬果实收获机器人工作对象特点
1.表皮组织的柔软性，易损伤。
2.生长位置的随机性。果实开花和结果的位置没有一定的规律。
3.成熟期的不一致性。同棵植株的果实由于生长开花的个体差异，发育 有先有后。
4.个体形状差异性。水果和蔬菜生产中的品种繁杂，即使同一棵植株， 果实形状也不一样。 5.成熟特征差异大。对于果实生产系统，成熟时显现的特征是不同的， 有的依靠果实外表颜色，如苹果，西红柿等，有的却要依据果实的内部 品质，如西瓜，甜瓜等。
如何实现
摄像头１－＞提取重心位置－＞计算草莓个数－＞按重心坐标排序
摄像机１摄取水平地面上收获区域内草莓的图像，经图像分割 后提取收获区域内所有成熟草莓的重心位置，计算草莓个数， 并按照重心坐标值对草莓排序.
到达重心位置－＞摄像头２－＞获取草莓图像－＞提取中心和采摘点 －＞收获
当机械手移动到第1个草莓重心处时，摄像机2获取该草莓的图 像，经图像分割后提取该草莓重心和采摘点位置，驱动机械手 收获草莓，然后移动到第2个草莓重心处。