机器人在农业工程中的应用

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机器人在农业领域有哪些用途

机器人在农业领域有哪些用途

机器人在农业领域有哪些用途随着科技的飞速发展,机器人在各个领域的应用越来越广泛,农业也不例外。

机器人的出现为农业带来了新的机遇和变革,极大地提高了农业生产效率和质量。

那么,机器人在农业领域到底有哪些用途呢?首先,机器人在种植环节发挥着重要作用。

播种机器人可以根据预设的程序和地图,精确地将种子播撒在土地中,确保种子的间距和深度恰到好处。

这不仅提高了播种的效率,还减少了种子的浪费,为农作物的生长提供了良好的开端。

同时,移栽机器人能够快速、准确地将幼苗移栽到田间,大大减轻了人工劳动强度。

在灌溉方面,机器人也有出色的表现。

智能灌溉机器人可以通过传感器检测土壤的湿度和作物的需水量,自动进行精准灌溉。

它们能够根据不同的区域和作物需求,合理分配水资源,避免了水资源的浪费,同时也保证了作物得到充足的水分供应,促进其生长发育。

除草机器人是农业领域的又一得力助手。

传统的除草方式往往需要大量的人力,而且效率低下。

除草机器人则能够利用图像识别技术和机械手臂,准确地识别并清除杂草,而不会伤害到农作物。

这不仅节省了人力成本,还减少了化学除草剂的使用,有利于环境保护和农产品的安全。

在施肥环节,机器人同样能大显身手。

施肥机器人可以根据土壤的肥力状况和作物的生长阶段,精确计算出所需肥料的种类和数量,并进行精准施肥。

这种精准施肥的方式能够提高肥料的利用率,减少肥料的过度使用,降低农业生产成本,同时也减少了因肥料流失对环境造成的污染。

采摘机器人的出现,解决了农业采摘环节的难题。

对于一些水果、蔬菜等农作物的采摘,人工采摘不仅效率低,而且容易对果实造成损伤。

采摘机器人可以通过视觉识别技术,准确地判断果实的成熟度,并轻柔地将其采摘下来。

这不仅提高了采摘效率,还保证了果实的品质。

另外,农业机器人还能够进行农田监测和病虫害防治。

监测机器人可以携带各种传感器,实时收集农田的温度、湿度、光照等环境数据,以及农作物的生长状况信息。

这些数据通过无线网络传输到后台,农民可以根据这些数据及时调整农业生产策略。

人工智能在农业领域的应用案例

人工智能在农业领域的应用案例

人工智能在农业领域的应用案例,简称AI)逐渐渗透到随着科技的不断发展,人工智能(Artificial Intelligence各个行业领域,农业也不例外。

人工智能在农业领域的应用,为农民提供了更高效、智能化的农业生产方式,帮助解决了农业生产中的一系列难题。

本文将介绍几个人工智能在农业领域的应用案例。

一、智能农机传统的农业生产方式依赖于人工劳动,效率低下且容易受到人为因素的影响。

而智能农机的出现,通过将人工智能技术应用于农业机械中,实现了自动化、智能化的农业生产。

例如,智能播种机器人能够根据土壤状况和作物需求,自动进行精确的播种,提高了种植效率和作物品质。

智能收割机器人则能够根据作物的成熟度和生长情况,自动判断最佳收割时机,提高了收割效率和产量。

二、农业无人机农业无人机是指通过搭载人工智能技术的无人机,用于农田巡查、农作物喷洒、农田测绘等农业活动。

通过人工智能技术,农业无人机能够实时监测农田的土壤湿度、作物生长情况等信息,并根据这些信息进行智能化的农业管理。

例如,农业无人机可以根据作物的生长情况,智能判断是否需要进行喷洒农药或施肥,并精确计算所需的药剂量,减少了农药的使用量,提高了农作物的质量。

三、智能灌溉系统农业生产中,灌溉是一个非常重要的环节。

传统的灌溉方式往往依赖于人工判断,容易造成水资源的浪费和作物的过度灌溉。

而智能灌溉系统通过人工智能技术,能够根据土壤湿度、气象条件等因素,智能判断灌溉的时机和水量,实现精准灌溉。

智能灌溉系统还能够与农民的手机相连,通过手机APP控制灌溉系统的开关,方便农民进行远程操作和监控。

四、农业大数据分析农业生产中产生的大量数据,通过人工智能技术进行分析和挖掘,可以为农民提供更科学的决策依据。

例如,通过分析历史农作物产量、土壤质量、气象数据等信息,人工智能可以预测未来的农作物产量和生长情况,帮助农民制定更合理的种植计划。

同时,人工智能还可以根据农田的土壤质量和作物需求,智能推荐最适合的农药和肥料使用方案,提高了农作物的产量和质量。

机器人在农业领域中的应用研究

机器人在农业领域中的应用研究

机器人在农业领域中的应用研究机器人在农业领域中的应用研究摘要:随着科技的进步与应用,机器人技术在农业领域中的应用越来越广泛。

本文对机器人在农业种植、农业收割、农产品包装与运输、农业灌溉与喷洒等方面的应用进行了详细的研究与分析,并对其优势和挑战进行了讨论。

1. 引言农业是国民经济的基础和农村发展的关键,传统的农业生产方式面临着许多问题,如劳动力短缺、低效率、成本高等。

而机器人技术的发展提供了新的解决方案。

机器人在农业领域中可以帮助解决现有问题,提高农业的生产效率和质量。

本文将探讨机器人在农业领域中的应用,并分析其优势和挑战。

2. 机器人在农业种植中的应用在农业种植过程中,机器人可以帮助农民完成种植任务。

例如,机器人可以用传感器和图像识别技术来监测土壤中的湿度、温度和营养物质的含量,以确定种植的最佳时机和地点。

机器人还可以自动播种、喷洒农药和施肥,减少农民的劳动力成本和工作强度。

此外,机器人还可以通过机械臂和视觉系统来定位和摘取成熟的果实,提高采收的效率和质量。

3. 机器人在农业收割中的应用在农业收割过程中,机器人可以承担大部分收割工作。

传统的农业收割往往需要大量的人工劳动和时间,而机器人可以通过图像识别和机械臂等技术来自动识别成熟的农作物,并进行自动收割。

机器人的收割速度和准确性更高,同时还能在无人区域或是危险环境下完成任务,减少了人力资源的浪费和安全风险。

4. 机器人在农产品包装和运输中的应用农产品的包装和运输对于农业生产来说非常重要,而机器人在这个过程中也有着巨大的潜力。

机器人可以通过视觉系统和机械臂等技术来自动识别和分类农产品,并进行适当的包装。

此外,机器人还可以通过自动导航和运输系统来将农产品从田间运送到仓库或市场。

机器人的自动化特性可以提高包装和运输的效率,减少损耗和浪费。

5. 机器人在农业灌溉和喷洒中的应用灌溉和喷洒是农业生产中非常重要的环节,而机器人在这方面的应用也越来越多。

机器人可以使用传感器和控制系统来监测土壤中的水分含量和植物的生长状况,并根据需要自动进行灌溉和喷洒。

机器人在农业生产中的应用

机器人在农业生产中的应用

机器人在农业生产中的应用随着农业技术的不断发展,机器人技术也逐渐地应用于农业生产当中。

机器人技术的应用不仅仅在工业领域,而且,其在农业领域中也显示了很大的潜力。

机器人可以降低劳动成本、提高产量、提高农产品的质量等等,因此在未来的农业生产中,机器人将成为必不可少的一部分。

一、机器人在农田管理中的应用在农田管理中,机器人可以改善农民的工作条件,也可以改善农产品的质量。

机器人可以协助农民在田间种植作物,收获等工作。

例如,机器人可以控制灌溉系统,帮助农民减轻耕作负担,可以对作物进行定期检查,及时发现并解决作物生长过程中的问题。

机器人还可以掌握田地的温度、湿度等参数,以确保农作物的健康生长。

二、机器人在养殖业中的应用机器人在现代养殖业中的应用也逐渐地增加。

机器人可以用于鸡蛋孵化、饲料的配送、动物排泄物的清理等工作。

例如,机器人可以模拟母鸡的孵化作用,达到更优的孵化效果。

此外,机器人还可以检测牲畜的健康状况、记录食物的摄入量等,同时监测动物的成长速度,提供更好的养殖管理。

三、机器人在果园管理中的应用机器人在果园管理当中也有着很大的潜力。

机器人可以协助果园管理者监测果树的生长情况,检测病虫害、施肥和植树等任务。

例如,机器人可以进行果树的修剪和喷药,从而对果树进行有效的管理,提高果树的生长质量和产量。

四、机器人在收获中的应用机器人在农业生产中最为普遍的应用是在收获时。

机器人可以取代人工,实现自动收割、自动拾取等任务。

例如,机器人可以在果园中自动摘取水果,同时,还可以将这些水果进行分类、清洗、包装等后续工作,从而有效节约人力,提高恶劣环境下的采收速度。

五、机器人在未来的应用前景机器人在农业生产中的应用还有很大的拓展空间。

未来的机器人技术将不断更新、完善,机器人将能够承担农业生产中更为复杂和高级的任务。

例如,机器人可以对作物进行定向喷药,并选择最适合的农药和最优的喷洒时间;机器人还可以通过人工智能及云计算等技术来提高回收利用效率,降低农业生产中的浪费等问题。

农业机器人典型案例

农业机器人典型案例

农业机器人典型案例
农业机器人是用于农业生产的自动化机器人,可以执行各种农业任务,如种植、施肥、除草、采摘等。

以下是一些农业机器人的典型案例:
1. 种植机器人:种植机器人可以使用机械臂将种子插入土壤中,并使用传感器来确定种植深度和间距。

这些机器人可以在不同的地形和气候条件下工作,提高了种植效率和一致性。

2. 施肥机器人:施肥机器人可以使用传感器来检测土壤的营养状况,并使用机械臂将肥料施加到需要的区域。

这种机器人的优点是可以根据土壤状况精确地施加肥料,减少了过度施肥或施肥不足的风险。

3. 除草机器人:除草机器人可以使用机械臂或喷嘴来去除农田中的杂草,同时避免使用化学除草剂。

这种机器人可以显著减少化学物质的使用,并保护环境。

4. 采摘机器人:采摘机器人可以使用传感器和机器视觉技术来识别成熟的果实,并使用机械臂将其采摘下来。

这种机器人可以显著提高采摘效率,减少人工采摘的成本和风险。

5. 无人机:无人机可以使用传感器和摄像机来监测农田状况,并使用喷嘴或药物投放装置来进行施肥、喷药等任务。

这种机器人的优点是可以在短时间内覆盖大片农田,提高作业效率。

以上是一些农业机器人的典型案例,它们的应用可以提高农业生产效率、降低成本、保护环境并提高农产品的质量。

随着技术的不断进步,未来将会有更多的农业机器人被研发和应用。

机器人技术在农业领域中的应用及挑战

机器人技术在农业领域中的应用及挑战

机器人技术在农业领域中的应用及挑战近年来,随着科技的不断进步和发展,人类的生产力和工作效率得到了极大的提高。

机器人技术作为信息化时代的一项重要技术,已经深入到人类的日常生活中,并在各个领域都得到了广泛的应用。

其中,机器人技术在农业领域中的应用也越来越受到人们的关注。

一、机器人技术在农业领域中的应用随着人类对农业生产过程的不断深入研究和探索,机器人技术在农业领域中的应用也日益多样化和广泛化。

主要表现在以下几个方面:1. 种植和收割: 机器人技术已经开始在农业领域中应用,例如自动播种机器人、自动喷施机器人、自动收割机器人等。

这些机器人可以利用传感器、摄像头等技术,对农作物进行精确定位,实现全自动化种植和收割,提高了农业生产效率。

2. 环境检测: 机器人可以通过传感器等装置对环境进行实时监测。

例如,可以监测土壤的潮湿程度、温度、酸碱度等指标,调整灌溉和施肥,以达到最佳生长状态。

3. 病虫害防治: 机器人技术还可以应用于病虫害防治,例如可以制作出能够自动识别植物病虫害的机器人,以在第一时间采取有效措施进行治理。

二、机器人技术在农业领域中的挑战尽管机器人技术在农业领域中的应用前景广阔,但是在应用过程中也面临着诸多挑战。

1. 成本问题: 目前农业机器人的成本相对较高,使得许多小农户难以承担。

此外,机器人需要定期维护和更新,也会增加额外的成本负担。

2. 技术问题:农业生产环境复杂多变,机器人需要适应各种气候、地形和土质等多种因素。

并且,机器人需要工程师设计和开发,难度较大,需要一定的技术支持和人力物力的投入。

3. 安全问题:机器人通常需要定期进行维护和检修,而些操作需要专业技能,容易发生意外,造成生命财产损失。

三、机器人技术应用在农业中的前景机器人技术在农业领域中的应用有广阔的前景,可以为农业生产带来更高的产量和增加劳动力,具有以下几个方面的前景:1. 提高劳动生产率: 机器人技术可以解决农业生产中重复劳动的问题,提高劳动效率和生产效率。

人工智能机器人在智能农业中的应用

人工智能机器人在智能农业中的应用

人工智能机器人在智能农业中的应用近年来,随着科技的飞速发展和人工智能的崛起,智能农业成为了农业领域的一个热门话题。

人工智能机器人作为智能农业的重要组成部分,正逐渐被广泛应用于农业生产中,为农民提供全方位的技术支持和帮助。

本文将探讨人工智能机器人在智能农业中的应用。

一、无人机用于作物监测无人机作为人工智能机器人的一种,可以利用其飞行能力和携带的各类传感器来对农田进行作物监测。

传感器可以实时采集作物生长数据、土壤湿度、光照强度等信息,并将其传输到云端,进行大数据分析。

通过人工智能算法的支持,可以根据作物的生长情况,确定最佳的施肥、浇水和病虫害防治方案,从而提高作物的产量和质量。

二、智能机器人用于自动收割传统的农田收割工作通常需要大量的人力投入,且效率低下。

而智能机器人可以通过视觉识别技术和机械臂等设备,实现自动收割作物的功能。

机器人可以根据作物的成熟度和生长情况,精准地识别并进行收割,大大提高了农作物的收割效率。

同时,智能机器人还可以根据实时的数据反馈,不断优化自己的工作方式,提高作业效果。

三、智能机器人用于农药喷洒农药喷洒是农田管理中的一项重要工作,但传统的喷洒方式不仅浪费农药,还容易造成环境污染和人身伤害。

而智能机器人可以通过传感器对农田进行全面监测,根据病虫害情况和气象因素,智能调整农药的使用量和喷洒方式,实现精准喷洒。

智能机器人还可以根据实时的监测数据,在病虫害暴发前进行预警,并提供相应的防治方案。

这种精确而高效的农药喷洒方式,不仅节约了农药的使用量,还减少了环境和人体的负担。

四、机器人用于农田管理智能机器人还可以用于农田的日常管理工作。

例如,机器人可以定期巡视农田,检查农田的灌溉系统是否正常运行,土壤湿度是否合适等。

同时,机器人还可以辅助农民进行农田的清理和翻耕工作,提升作物生长环境。

通过无人机和机器人的配合工作,农田的管理变得更加高效、准确。

总之,人工智能机器人在智能农业中的应用潜力巨大。

机器人在农业领域中的自动化作业

机器人在农业领域中的自动化作业

机器人在农业领域中的自动化作业1. 引言随着科技的不断进步和创新,机器人在各个领域中的应用逐渐增加。

在农业领域,机器人的自动化作业也开始发挥着重要的作用。

本文将探讨机器人在农业领域中的自动化作业及其应用。

2. 机器人在种植作业中的应用机器人在种植作业中可以完成种植、施肥、喷药等任务。

通过搭载多种传感器实时监测土壤和植物的生长状况,机器人可以根据实际情况调整施肥和喷药的浓度和量,提高作物的产量和品质。

此外,机器人还可以根据作物的生长周期自动进行精确的种植操作,减少人力成本和种植错误。

3. 机器人在收割作业中的应用收割是农业生产中最重要的环节之一。

机器人可以通过搭载高清摄像头和图像处理算法,实现对作物的快速、准确的识别和分拣。

机器人可以根据作物的成熟度和种类,自动进行收割,并将收割的作物分类整理,提高收割的效率和作物的质量。

机器人还可以通过智能控制系统,自动适应不同地形的收割作业,大大减轻人工收割的劳动强度。

4. 机器人在病虫害防治中的应用病虫害是农作物生产中的常见问题。

机器人可以搭载病虫害监测系统,实时监测作物的健康状况,并及时发现病虫害存在的地方。

通过搭载喷雾系统,机器人可以自动进行病虫害防治,精确喷洒药剂,减少药剂的使用量和环境污染。

机器人可以根据病虫害的种类和分布情况,制定合理的防治措施,提高农作物的产量和质量。

5. 机器人在农田管理中的应用农田管理是农业生产的关键环节。

机器人可以通过搭载地图绘制系统和导航系统,自动绘制农田的地形图和植物分布图。

通过搭载土壤水分传感器和气象站等设备,机器人可以实时监测土壤的湿度和气象变化,根据实际情况制定相应的灌溉和调控方案。

通过搭载杂草识别系统,机器人可以自动识别并进行除草作业,减少杂草对农作物的影响。

6. 机器人在畜牧业中的应用机器人在畜牧业中的应用也越来越广泛。

机器人可以通过搭载摄像头和智能识别算法,实时监测牲畜的健康状况,并及时发现异常情况。

机器人还可以通过搭载自动喂食系统和清洁系统,实现对牲畜的全天候照料。

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机器人在农业工程中的应用随着电子技术和计算机技术的发展,机器人已在很多领域得到日益广泛的应用,智能化和自动化取得了长足的进展。

在农业生产中,由于作业对象的复杂性、多样性,使得新概念农业机械——农业机器人的开发具有了巨大的经济效益和广阔的市场前景。

我国是一个农业大国,农业问题是关系到我国经济社会发展的根本问题。

由于经济发展和资源分配的不平衡以及环境的日益恶化,我国农业将面临严峻的考验。

为使农业得到持续稳定的发展,我国已确立了科教兴农战略,而技术替代资源的发展道路是21世纪农业发展的必然选择[1]。

实施精确农业,广泛应用农业机器人,以提高资源利用率和农业产出率,提高经济效益将是现代农业发展的必然趋势。

因此,研究开发以农业机器人为代表的新概念农业机械,对我国农业的长远发展有着重要意义。

随着农业生产的规模化、多样化和精确化,农业生产作业要求逐渐提高,许多作业项目都是劳动密集型工作,由于人口老龄化问题和农业劳动力资源的减少,致使劳动力成本在农业生产成本中所占比例高达33~50%[2],大大降低了产品的市场竞争力。

农业机器人相对于传统农业机械能更好地适应生物技术的新发展,是农业现代化发展到一定阶段的必然产物。

农业机器人的使用可以改善作业条件,降低劳动强度,提高劳动生产率和作业质量,减轻农药、化肥等对人体的危害,解决劳动力不足等问题,具有很大的发展潜力。

农业机器人是一类以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。

同工业机器人相比,它具有以下特点[3]:一是作业对象的娇嫩性和复杂性;二是作业环境的非结构性,不仅要求农业机器人具有与生物柔性相对应的处理功能,还要顺应变化无常的自然环境,要求农业机器人在视觉、推理和判断等方面具有一定的智能。

三是作业过程的复杂性。

农业机器人一般是作业和移动同时进行,而且工作时具有特定的位臵和范围。

四是使用对象的特殊性。

使用者是农民,因此农业机器人必须具有较高的可靠性和操作简单的特点。

此外,农业机器人的生产制造还应考虑降低成本,否则,将很难推广普及。

一、果树采摘机器人的发展国外农业机器人发展迅速,自上世纪80年代第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来,采摘机器人的研究和开发历经20多年,日本和欧美等国家相继研制了苹果、柑橘、西红柿、葡萄、黄瓜等智能采摘机器人。

我国在该领域中的研究虽然还处于起步阶段,但也取得了一些可喜的成果,如中国农业大学研制的草莓、茄子采摘机器人,浙江大学研制的番茄收获机械手等。

但由于采摘机器人存在制造成本高和智能化水平不能满足农业生产需求的问题,使得采摘机器人不能广泛地应用到农业生产中。

引例1:日本西红柿采摘机器人1993年,日本冈山大学的N.Kondo等人针对西红柿传统栽培系统研究出了一个七自由度采摘机器人[4-5]。

该机器人有七自由度SCORBOT-ER工业机械手、末端执行器、视觉传感器、移动机构和控制部分组成。

利用彩色摄像机作为视觉传感器寻找和识别成熟果实。

末端执行器设计有两个带有橡胶的手指和一个气动吸嘴,把果实吸住抓紧后,利用机械手的腕关节把果实拧下。

行走机构有四个车轮,能在田间自动行走。

采摘时,移动机构行走一定的距离后,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臵信息,判断西红柿是否在收获的范围之内,若可以采摘,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。

该机器人从识别到采摘完成的时间为15s,成功率在70%左右。

存在的主要原因是当成熟番茄的位臵处于叶茎相对茂密的地方时,机械手无法避开茎叶障碍物完成采摘任务。

因此,为了达到实用化目的,需要在机械手的结构、采摘方式和避障规划方面加以改进,以提高采摘速度和采摘成功率。

引例2:日本葡萄采摘机器人日本冈山大学研制出一种用于果园棚架栽培模式的葡萄收获机器人[6],如图1-2所示。

其机械部分是一个具有五自由度的极坐标型机械手,由四个旋转关节和一个棱柱型直动关节组成。

腕部的两个旋转关节可保证末端执行器水平和垂直接近葡萄,即使葡萄束倾斜也能达到目的。

视觉系统采用PSD(Position Sensitive Device)三维视觉传感器,可检测成熟果实的三维位臵信息。

在开放的种植方式下,由于采摘季节太短,单一的采摘功能使得机器人的使用效率低下,因此,分别开发了用于采摘和套袋的末端执行器、装在机械手末端的喷嘴等。

末端执行器由机械手指和剪刀组成,采摘时,用机械手指抓住果实,再用剪刀剪断穗柄。

引例3:日本草莓采摘机器人从1999年起,Kondo等人就开始了对草莓采摘机器人的研究,至2008年,最新的试验样机已研发出来[7-8]。

该机器人由三自由度的圆柱型机械手、末端执行器、视觉系统、移动机构等组成。

视觉系统由三个彩色TV摄像头和四个极化滤光照明装臵组成,其中两个摄像头用于寻找和识别成熟草莓,另一个安装在末端执行器上,在机械手接近草莓的过程中给出草莓果梗的位臵。

末端执行器设计有一个气动吸嘴和一个带剪刀的夹持器。

经温室实验证明,该机器人的采摘速度为9.3~17.9 s/个,成功率在75%左右。

引例4:荷兰黄瓜采摘机器人1996年,荷兰农业环境工程研究所研究出一种多功能模块式黄瓜收获机器人[9-12]。

黄瓜按照标准的园艺技术在温室中种植成高拉线缠绕方式吊挂生长。

机器人利用近红外视觉系统辨识黄瓜果实,并探测它的位臵。

机械手采用三菱六自由度机械手MitsubishiRV-E2,并在底座增加了一个线性滑动自由度,RV-E2机械手由24V直流电机和伺服控制器来驱动。

末端执行器采用的是三菱夹持器1E-HM01,利用电极切割来代替普通刀子切割,可以杀死90%的病毒,并在切割过程形成一个封闭的疤口,从而减少果实水分流失,减慢熟化程度。

实验结果表明:机械手稳态精度为±0.2mm,中心点定位精度为1mm;作业速度为45s/根,采摘成功率为80%。

在温室里进行采摘试验的效果良好,但由于采摘时间过长,要满足商用产品的各种要求,还需对样机加以改进和完善。

引例5:英国蘑菇采摘机器人英国Silsoe研究院的J.N.Reed等人研制了蘑菇采摘机器人[13],它可以自动测量蘑菇的位臵、大小,并且选择性地采摘和修剪,如图1-6所示。

它由视觉系统、采摘机械手、手指传送器、修剪器、PC机等组成。

机械手包括两个气动移动关节和一个步进电机驱动的旋转关节;末端执行器是带有软衬垫的吸引器。

视觉传感器采用索尼CD 20/B,TU 12.5-75mm变焦透镜,使蘑菇定位成功率提高到90%。

采摘后的蘑菇由手指传送器送到夹持器,再放入蘑菇采集箱。

经试验表明,采摘成功率为75%左右,生长倾斜是采摘失败的主要原因。

如何根据图像信息调整机械手姿态动作提高采摘成功率和采用多个末端执行器提高生产率是亟待解决的问题。

二.除草机器人的发展引例1:移栽(育苗)机器人台湾Ting和Yang等研制的移栽机器人,把幼苗从600穴的育苗盘中移植到48穴的苗盘中[14]。

机器人本体部分由ADEPT-SCARA型4自由度工业机器人和SNS 夹持器组成,位于顶部的视觉传感器确定苗盘的尺寸和苗的位臵,力觉传感器保证SNS夹持器夹住而不损伤蔬菜苗,在苗盘相邻的情况下,单个苗移栽的时间在2.6~3.25 s之内。

引例2:耕耘机器人日本机电技术研究室开发出的耕作机器人[15],在耕作场内可进行辨别、判断自身位臵和前进方向的无人操作,其耕作效率与有人相同。

1994年芬兰开发出利用GPS和左右两轮的转速差进行导航的小型履带式车辆,Hate等开展了用彩色线条传感器为传感元件对车辆走向的研究,Yong等研制了以微型计算机为基础的车辆导向控制器,Choi设计了一种用无线电波定位传感器的自动导向系统,王荣本等设计了一种有线图像识别式自动引导车辆系统[16]。

引例3:除草机器人除草机器人是由电子计算机操作并用雷达控制的无人驾驶机械[15]。

德国农业专家采用计算机、GPS定位系统和多用途拖拉机综合技术,研制出可准确施用除草剂的机器人。

其特点是,当机器人到达杂草多的地块时,GPS接收器便会做出杂草位臵的坐标定位图,机械杆式喷雾器相应部分立即启动进行除草剂的喷洒。

英国科技人员开发的菜田除草机器人使用的是1台摄像机、1台识别野草、蔬菜和土壤图像的计算机组合装臵,利用计算机扫描和图像分析,层层推进除草作业。

美国密歇根大学开发了草坪修整机器人,利用已修和未修草坪的分界线进行无人驾驶操作割草作业。

日本“久保田铁工”在割草机前端装有摄像机,利用图像处理判断分割区域,实现自动驾驶作业。

中国陈勇等研究了控制农田杂草的直接施药方法,并研制了基于该方法的除草机器人[17],该研究减少了除草剂用量并消除雾滴飘移现象,保护了生态环境。

引例4:插秧机器人日本研制的插秧机器人在没有任何人力的协助下,由计算机系统进行控制,并通过全球卫星定位系统进行导航,最后通过感应器和其他一些装臵来计算出动作的角度和方向,进而实现稻田工作的精确定位[18]。

作业时水稻秧苗预先由传送带传送到约2 m长的栽培垫上。

然后由机器人推动插秧机,把稻苗栽进稻田里。

机器人能够根据指令准确地在稻田穿行,移动误差也小于10 cm,碰到田埂还能自行做180°大转弯后继续劳作。

每个机器人每20 min可种植约1 000 m2的稻田,中途无须作任何停顿。

三.应用于农业机器人的主要技术农业多机器人在执行任务过程中,需感知多变环境中的行走路线、被枝叶遮挡的加工对象、运行中的动态机器人等,这是农业多机器人准确完成群体运移、定位工作、工作任务执行的基础[16]。

目前农业单体机器人主要利用GPS粗定位,定位精度达到了厘米级,融合陀螺仪、路标检测、地图匹配、CCD彩色摄像机识别等多种信息检测手段正被研究应用,该检测手段促使单体机器人运移感知、作业环境定位等广播通信方式下的系统环境信息共享。

目前发展的彩色CCD摄像机识别与定位作业感知系统,虽感知过程的迭代计算比黑白CCD摄像机工作量大,但感知的信息量大,能改进作业质量,适度降低整机硬件成本,适应更广泛的工作环境条件,因此在分散式、分布式农业多机器人系统开发应用较多。

目标探测与定位技术也是研究的主要方向。

任何一种农业生产机器人的正常工作均有赖于对作业对象的正确识别与定位,但由于作业环境的复杂性,特别是光照条件的不确定性、环境的相似性、个体差异性和遮挡等问题的存在,致使对作业对象的识别与定位技术仍是有待于解决的关键技术[19]。

目前主要采用机器视觉技术,但需要融合其他技术,并改进图像获取和图像处理算法等,以提高识别与定位的准确性与精确度。

机器视觉技术利用图像传感器获取物体的图像,将图像转换成一个数据矩阵,并利用计算机来分析图像,同时完成一个与视觉有关的任务[20]。

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