采摘机器人项目

采摘对象特点

  1. 表皮组织比较柔软,很容易损伤
  2. 蔬菜或者水果生长的位置具有随机性。挂果的位置是随机的,没有一定的规律
  3. 果实的成熟期是不具备一致性的。同一颗树上的果实有的熟透了,有的还没成熟
  4. 果实的大小和形状不一样。
  5. 成熟度不一样,差异大。苹果和西红柿通过看颜色来观察成熟度,西瓜或者甜瓜需要依据藤曼或者听声音来判断品质

草莓采摘机器人

  1. 机器人
  2. 机械手臂
  3. 测距

如何实现呢?

  1. 视觉系统
  2. 采集系统
  3. 识别系统
  4. 机械手臂
  5. 末端执行器

实现的要求

  1. 识别要准确
  2. 执行速度要快
  3. 机器人模仿人的动作

针对不同的果实,实现方式可能存在差异

比如,草莓这种,其特征是皮包质软,容易损伤,所以不能直接夹取果实,而是要夹取果柄;比如苹果这种,通过颜色和大小,形状来进行判别,那么就利用CCD成像以及图像处理来进行。

测距

远近测距,高低距离,空间位置,三自由度机械手来进行采摘

设计

  1. 可移动的地盘,可以是履带式的
  2. 图像采集
  3. PC处理器或者嵌入式微处理器
  4. 三自由度的直角坐标机械手
  5. 末端执行部分:包括剪断枝叶,夹住果柄或者果实

设计需要的部件

  1. CCD成像组件

将CCD成像组件固定在支架上,距离地面较远,可以获取的视场角较大,分辨率低

另外一个支架安装机械手的Z轴,可以随机让机械手运动

  1. 图像采集卡
  2. PC处理机

工作原理:

Camera1提取地面上可视区域内草莓图像,经过图像分割,然后提取可视觉区域内所有成熟草莓的重心位置,然后计算草莓的个数,并按照重心坐标之进行草莓排序。然后将机器人移动到机械手可以采摘的距离,机械手移动到第一个草莓重心处,摄像头2获取该草莓的图像,经过图像分割,然后提取该草莓的重心和采摘点位置,驱动机械手收获草莓,采摘完成后移动到第二个草莓的重心处,进行采摘。

机械手设计要求

  1. 机械手要充分考虑栽培方式,使得果实处于作业空间内,并且能够避免障碍物叶子和茎秆,并且能够准确的抓取到果实
  2. 机械手分类:直角坐标机器人,关节坐标机器人,圆柱坐标机器人,极坐标机器人

末端执行系统

  1. 末端执行系统一般采用电磁铁采摘
  2. 手爪要完成的功能有两个:切断和夹取,因此需要夹住和放下两个工作状态,并且能够在这两个状态之间进行来回切换,随机切换。

采摘机器人的性能指标

  1. 采摘速度
  2. 好果和畸形果的识别算法的准确度和算法的实时性
  3. 定位精度
  4. 干扰排除能力,枝叶这些故障的排除
  5. 图像处理系统运行速度
  6. 机械手的灵敏度
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