采摘机器人简介
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。
智能农业中的农业机器人技术
智能农业中的农业机器人技术在过去的几十年里，随着科技的不断进步，农业领域也经历了巨大的变革。
智能农业作为一种新兴的农业生产方式，利用现代信息技术、自动化技术和物联网技术等手段，实现了对农业生产过程的智能化管理和控制。
其中，农业机器人技术作为智能农业的重要组成部分，正逐渐改变着传统农业生产方式，提高农业生产效率和产品质量。
本文将详细介绍智能农业中的农业机器人技术，探讨其在我国农业发展中的应用和前景。
农业机器人技术的分类与应用1. 采摘机器人采摘机器人是农业机器人技术中最常见的一种类型，主要用于水果、蔬菜等农产品的采摘。
采摘机器人可以通过视觉系统识别和定位作物，利用机械臂或夹具完成采摘作业。
此外，采摘机器人还可以根据作物的成熟度和品质进行筛选，提高农产品的市场价值。
在我国，采摘机器人已经在柑橘、苹果、葡萄等水果生产中得到广泛应用。
2. 植保机器人植保机器人主要用于农作物的病虫害防治，通过搭载的喷雾装置进行精准喷洒。
与传统的人工喷洒相比，植保机器人具有喷洒均匀、药剂利用率高、作业效率高等优点。
此外，植保机器人还可以通过搭载的多光谱相机、无人机等设备，实现对作物生长状况的监测，为农业生产提供科学依据。
3. 施肥机器人施肥机器人主要用于农田的施肥作业，通过搭载的传感器检测土壤的养分含量，实现精准施肥。
施肥机器人具有施肥均匀、减少化肥浪费、降低农业生产成本等优点。
此外，施肥机器人还可以根据作物生长的需求，实时调整施肥策略，提高肥料利用率。
4. 收割机器人收割机器人主要用于小麦、稻谷等粮食作物的收割。
通过搭载的视觉系统和传感器，收割机器人可以准确识别作物和秸秆，实现精准收割。
此外，收割机器人还具有作业速度快、降低人力成本等优点。
在我国，收割机器人已经在部分地区的粮食生产中得到应用。
农业机器人技术的发展前景随着科技的不断进步，农业机器人技术在我国农业领域中的应用将越来越广泛。
在未来，农业机器人技术将朝着以下几个方向发展：1.智能化：农业机器人将具备更强大的感知和决策能力，能够适应复杂的农田环境，完成各种农业生产任务。
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
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
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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
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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
我国有哪些农业机器人
我国有哪些农业机器人我国目前已经研发和应用的农业机器人主要包括以下几类：植保机器人、收获机器人、播种机器人和除草机器人等。
下面将分别介绍这些农业机器人的相关情况。
一、植保机器人植保机器人是一种主要用于农作物的病虫害预防和防治的机器人。
它可以根据作物的需求进行施肥、喷洒农药以及进行病虫害监测等工作。
我国目前已经研发出多种植保机器人，其中较为知名的有中国农业大学研发的“AG1000”系列植保机器人、清华大学研发的“植保无人机”等。
这些机器人可以根据农作物的实际情况进行智能的农药施放，减少了农药的浪费，提高了农药使用的效果。
二、收获机器人收获机器人主要用于农作物的采摘和收割工作。
它们可以自动地识别和采摘作物，提高采摘的效率和质量。
我国目前已经研发了多种收获机器人，例如清华大学研发的“樱桃采摘机器人”、上海交通大学研发的“葡萄采摘机器人”等。
这些机器人通过使用机器视觉和机器学习等技术，能够准确地识别和采摘果实，大大减轻了人工采摘的负担。
四、除草机器人除草机器人主要用于农作物的除草工作。
它们可以根据作物的生长状态自动除草，并避免对作物的伤害。
我国目前已经研发出多种除草机器人，例如中科院自动化所研发的“水稻除草机器人”、山东农业大学研发的“玉米除草机器人”等。
这些机器人通过使用智能感知和路径规划等技术，能够识别和除草杂草，减少了对作物的竞争，提高了农作物的生长质量。
除以上介绍的几类农业机器人外，我国还在研发和应用其他类型的农业机器人，例如用于果蔬分拣的机器人、用于牧场管理的机器人等。
这些机器人的研发和应用，不仅提高了农业生产的效率和质量，也减轻了农民的劳动负担，促进了农业的现代化发展。
但需要指出的是，目前我国的农业机器人技术还处于初级阶段，还有很大的发展空间和挑战。
未来，我国应加大投资和支持力度，推动农业机器人技术的创新与应用，进一步推动农业的现代化进程。
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简介：基于自动化的苹果采摘机器人是一种利用先进技术和机器人技术的设备，旨在提高苹果采摘的效率和质量。
该机器人能够自动识别成熟的苹果并进行采摘，减轻人工劳动强度，提高采摘效率，并且能够保证采摘的苹果不受损坏。
工作原理：基于自动化的苹果采摘机器人采用了先进的视觉识别技术和机器人控制技术。
首先，机器人通过搭载的摄像头和图像处理算法，能够实时检测和识别果园中的苹果。
然后，机器人根据预设的采摘策略，通过机械臂和夹爪等装置，精确地采摘成熟的苹果。
最后，采摘的苹果会被放置在机器人的储存装置中，并且可以通过传送带等方式将苹果送往指定的地点。
主要特点：1. 高效率：基于自动化的苹果采摘机器人能够快速而准确地识别和采摘成熟的苹果，大大提高了采摘的效率。
2. 精准度：机器人通过先进的视觉识别技术和机械控制技术，能够精确地采摘苹果，减少了损坏和浪费。
3. 灵活性：机器人可以根据不同的果园环境和苹果品种进行调整和适应，具有较强的适应性。
4. 节省成本：使用机器人进行苹果采摘可以减少人工劳动力的使用，降低了劳动成本。
5. 数据记录：机器人可以记录每棵树上采摘的苹果数量和质量，提供数据支持用于果园管理和决策。
优势：1. 提高产量和质量：基于自动化的苹果采摘机器人能够快速而准确地采摘成熟的苹果，提高了采摘的效率和质量，有助于提高果园的产量和质量。
2. 减少人工劳动强度：机器人能够取代人工进行苹果采摘，减少了人工劳动强度，提高了工作效率。
3. 降低劳动成本：使用机器人进行苹果采摘可以减少人工劳动力的使用，降低了劳动成本，提高了果农的收益。
4. 数据分析和决策支持：机器人可以记录每棵树上采摘的苹果数量和质量，提供数据支持用于果园管理和决策，有助于优化果园的运营和管理。
应用场景：基于自动化的苹果采摘机器人可以广泛应用于各类苹果果园，特别适用于大规模果园和人工劳动力短缺的地区。
同时，该机器人还可以适用于不同的苹果品种和果园环境，具有较强的适应性。
我国有哪些农业机器人
我国有哪些农业机器人随着科技的不断发展，农业机器人正逐渐成为农业生产中不可或缺的重要技术装备。
而在我国，农业机器人的研发和应用也在不断取得进展，为提高农业生产效率、降低生产成本、解决农业劳动力短缺等问题提供了新的技术支持。
那么，在我国有哪些农业机器人呢？接下来，我们就来了解一下。
一、播种机器人播种机器人是指能够自主完成种植作业的机器人设备。
在我国，播种机器人已经实现了一定的应用。
农业植保机器人公司研发的播种机器人“翔龙一号”和“翔龙二号”，能够根据农民实际需求，在土地上快速、准确地完成播种作业，大大提高了播种的效率和准确度。
二、除草机器人除草机器人是指能够自主进行除草作业的机器人设备。
在我国，除草机器人的应用也逐渐开始起步。
希川科技研发的草地专用机器人，能够在草地上自主进行除草作业，有效降低劳动力成本，提高了工作效率，受到了农民的广泛好评。
三、施肥机器人施肥机器人是指能够自主进行施肥作业的机器人设备。
在我国，施肥机器人也正在逐渐得到应用。
中科瑞麒公司研发的农业施肥机器人，能够根据农田的实际需求，自主进行施肥作业，提高施肥的准确度和效率，为农业生产提供了新的技术支持。
四、采摘机器人采摘机器人是指能够自主进行作物采摘作业的机器人设备。
在我国，由于人工采摘劳动力成本高、效率低，因此采摘机器人的研发和应用具有重要意义。
目前，我国的一些科研机构和企业已经开始研发采摘机器人，并取得了一定的成果。
深圳市应拓智能科技有限公司研发的草莓采摘机器人，能够在无人操作的情况下，自主进行草莓的采摘作业，提高了采摘效率和准确度。
五、病虫害监测机器人病虫害监测机器人是指能够自主进行病虫害监测的机器人设备。
在我国，病虫害监测机器人的研发和应用也在不断取得进展。
北京智源农业科技有限公司研发的病虫害监测机器人，能够在田间自主进行病虫害监测，及时发现病虫害情况，为农民提供了重要的农业生产信息。
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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。
移动机构
采摘机器人
机械手 识别和定位系统
末端执行器
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3．1移动机构
车轮式
履带式
人形结构
车轮式应用最广泛。车轮式的行走机构转弯半径小、转 向灵活，但轮式的结构对于松软的地面适应性较差，会 影响机械手的运动精度。而履带式的行走机构对地面的 适应性较好；但由于其转弯半径过大，转向不灵活。
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车轮式
履带式
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2 国内外采摘机器人的研究进展
传统采摘机器人类型
机械震摇式
气动震摇式
现今主要依靠的技术
工业机器人技术
计算机 图像处理技术
人工智能
目前，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙 等国都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作。涉及到的研究对象 主要有甜橙、苹果、西红柿、樱桃西红柿、芦笋、黄瓜、甜瓜、葡 萄、甘蓝、菊花、草莓、蘑菇等，但这些收获机器人目前都还没能 真正实现商业化。
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3．4末端执行器
末端执行器是果蔬收获机器人的另一重要部件，通常由其直接对目标水 果进行操作。因此，需要满足各种不同的规则，以便切除水果并确保水 果质量。末端执行器的基本结构取决于工作对象的特性以及工作方式。
物理属性：
数量
形状
尺寸
动力学特性
水果的化学 和生物特性
手指的数量和 形状的设计与 所要采摘的果实 密切相关。 一般而言， 手指的数量越多， 采摘效果越好， 但控制也越复杂
获取水果的 数字化图像
运用图像处理 算法识别
确定图像中 水果的位置
采摘机器人视觉系统的工作方式由于环境的复杂性，有时需要 利用多传感器多信息融合技术来增强环境的感知识别能力并利 用瓜果的形状来识别和定位果实。 目前的采摘机器人视觉系统在环境比较规则的情况下能取得比 较好的效果，但在自然环境下的应用仍需要进一步的研究。这 需要研究出有效、快速的算法，将果实分辨出来。在目前这种 技术还不是很成熟的情况下，可采用人工辅助选择目标和定位。
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西红柿采摘机器人
图1 西红柿采摘机器人 Fig.2 Tomato harvesting robo
日本 Kondo-N 等人研制的西红柿收获机器人由 机械手 末端执行器 视觉传感器和移动机构等组 成 如图1所示西红柿各个果实不一定是同时成熟 并且果实有时被叶茎挡住 收获时要求机械手活 动范围大且能避开障碍物 所以机器人的采摘机 械手采. 用 7自由度的 SCORBOT ER 工业机器人，
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④采摘对象是有生命的、脆弱的生物体，要求在 采摘过程中对果实无任何损伤，从而需要机器人 的末端执行器具有柔顺性和灵巧性； ⑤高智能导致高成本，农民或农业经营者无法接 受，并且采摘机器人的使用具有短时间、季节性、 利用率不高的缺点，是限制采摘机器人推广使用 的重要因素； ⑥果蔬采摘机器人的操作者是农民，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、界面友好的特点。
工作空间
可操作度
位置多样性
冗余度
为了设计出最合适的操作手机构，还必须进行机构的运动学和动力学研究，同时 还要考虑其运动平衡性能，综合优化算法设计，使机器人能灵巧无碰撞地完成采 摘任务。
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3．3识别和定位系统
果实的识别和定位是果实采摘机器人的首要任务和设计难点， 识别和定位的准确性关系到采摘机器人工作效率。 采摘机器人视觉系统的工作方式:
彩色摄像机识别
双目视觉方法定位
四轮机构行走
采摘时 移动机构行走一定距离后就进行图像采集 利用 视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息 判断 西红柿是否在收获的范围之内 若可以收获 则控制机械 手靠近并摘取果实吸盘把果实吸住后 机械手指抓住果实 然后通过机械手的腕关节拧下果实。
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3采摘机器人的结构组成
如抓取力、切割力、 弹性变形、光特性、 声音属性、电属性等
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末端执行器的性能评估指标： 抓取范围 水果分离率 水果损伤率 水果损伤率 采摘的灵活性
速率
传统采摘方法：
旋转拧取
机械切除
现代采摘方法：
激光切割
高压水喷切
双电极切割法
美国俄亥俄州立大学开发了一种由四手指机械手和一个机械手控制器组成的末端执 行系统，能够很好地抓持和采摘果实，灵活. 轻巧，采摘成功率有明显的提高。
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果蔬采摘机器人往往工作于非结构性环境中，工作对 象常常是随机分布的，因此在机械手的设计过程中， 必须考虑采用最合理的设计参数。
机人类型
工作空间
机械臂数量
机器人 结构方式
机械臂越多， 机构越灵活， 但控制也越复杂， 消耗的时间也越多。 必须在系统数量和 性能之间进行平衡
串联式、并联式
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评价机械手的结构性能参数