农业田间机器人

农业田间机器人技术现状与未来发展农业机器人技术现状及未来发展一．农业机器人的含义二．目前的研究现状三．存在问题及解决方法四．农业机器人的未来发展农业机器人的含义•农业机器人定义•农业机器人的特点•农业机器人的发展优势•农业机器人的分类农业机器人的定义一种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。能够部分模拟人类智能的农业机器人则成为智能型农业机器人。农业机器人的特点•农业机器人作业对象的娇嫩性•农业机器人的作业环境的非结构性•农业机器人作业动作的复杂性•农业机器人的可操作性•农业机器人的价格特性农业机器人发展优势(1)提高作业效率(2)提高作业精度(3)无人化作业(4)改善农业作业者的安全与卫生环境(5)机器人能够完成不适合人工完成的动作(6)减轻作业强度(7)解决大型机械所产生的一系列问题农业机器人的分类行走系列机器人水田管理机器人收获管理机器人除草机器人耕作机器人农业机器人的分类机械手系列机器人嫁接机器人收摘机器人育苗机器人其它机器人国外农业机器人研究现状农业机器人的研究,目前日本居世界各国之首,并且引起了全世界的广泛关注,各个国家根据自己的情况开发出了各具特色的农业机器人,在若干领域中技术已趋于成熟.国外农业机器人的研究状况•德国科学家正在建立一个全自动化的农场，以解决农业工人日趋减少的问题，在这个农场，耕地，播种，浇水，施肥，喷药，收获全部由机器人来操作。国外农业机器人的研究状况•丹麦研制出农田除草机器人•科学家研制出一种可用于农田除草的机器人，这种机器人有4只轮子，由电池驱动。除草机器人使用一台照相机来完成地面扫描国外农业机器人的研究状况•英国Silsoe农机研究所发明采摘蘑菇机器人,装有摄像机和视觉图像分析软件,用来鉴别所采摘蘑菇的数量及属于哪个等级。它在机上的红外线测距仪测定出田间蘑菇的高度之后,真空吸柄就会自动地伸向采摘部位,根据需要弯曲和扭转,将采摘的蘑菇及时投入到紧跟其后的运输机中。国外农业机器人的研究状况•除草机器人图2-2GPS无人驾驶拖拉机国外农业机器人的研究状况•施肥机器人国外农业机器人的研究状况•喷农药机器人•摘苹果机器人国外农业机器人的研究状况•移栽机器人除草机器人总体结构田间工作中除草机器人韩国Kyungpook大学所研制的苹果采摘机器人，其机械手工作空间可以达到3m，具有4自由度，包括3个旋转关节和1个移动关节。采用三指夹持器作为末端执行器，内有压力传感器避免损伤苹果。利用CCD摄像机和光电传感器识别果实，从树冠外部识别苹果时的识别率达85％，速度达5个/S。该机器人末端执行器下方安装有果实收集袋，缩短了从摘取到放置的时间，提高了采摘速度。但是，该机器人只有4个自由度，无法绕过障碍物摘取苹果，对于叶茎完全遮盖的苹果，也没有给出识别和采摘的解决方法。•日本京都大学开发了一西瓜收获机器人，如图2-8所示。一般的机器人多数是采用电气驱动，但是为了降低成本，这种西瓜收获机器人却是采用油压驱动，比以蓄电池为动力源的电气驱动要经济的多。这种机器人没有使用价格相对较高的高精度油压控制马达，而是采用了油缸控制，这样做也降低了机器人的成本。Therobotharvestedwatermelonin1997August10-27,FinedayYbXbZbExperimentin2001TherobotDCmotorWireDr.S.SakaiofKyotoUniversityCucumberTomatoStrawberryGrapeharvestingrobotDevelopedbyOkayamaUniversityCucumberharvestingrobotdevelopedbyOkayamaUniversityCucumberharvestingrobotdevelopedbyOkayamaUniversity•日本的N.Kondo等人研制的黄瓜采摘机器人实物图，采用三菱MITSUBISHIRV-E2六自由度工业机器人，利用CCD摄像机，根据黄瓜比其叶茎对红外光的反射率高的原理来识别黄瓜和叶茎。采摘速度为16个/S，由于黄瓜是长条形，受到叶茎的影响更大，所以采摘的成功率较低，大约在60%左右。Cucumberharvestingend-effecterdevelopedbyOkayamaUniversityHarvestingrobotforstrawberrygrownontabletopculturedevelopedbyOkayamaUniversityStrawberryharvestingend-effecterdevelopedbyOkayamaUniversityExternalsensingsystemusinglaserscannerdevelopedbyOkayamaUniversity012[m]ABCa)b)c)•日本研制的葡萄收获机械手用于葡萄园中棚架方式种植的葡萄。棚架种植方式被认为比其它方式更适合机器人工作。ExternalsensingsystemofgrapeharvestingrobottodetectacooperativeworkerasanobstacleCherrytomatoharvestingrobotDevelopedbyProf.T.FujiuraOsakaprefectureUniversityCherrytomatoharvestingrobotMulti-fingeredtomatoharvestingrobotCherrytomatoharvestinghanddevelopedbyOkayamaUniversityCabbageharvestingrobotDevelopedbyDr.M.DohiShimaneUniversitySelectiveharvestingrobotforlettuce3-Dvisionsensor------locationandsizeofcrispheadForcesensor----hardnessofcrisphead•美国Purdue大学Y．Edan和G．Miles研制了3自由度的伺服电机控制的操作手，用来收获甜瓜。这类机器人行走装置的倾斜引起的位置误差较大，导致收获成功率仅达到65％。另外，该机器人没有解决有叶、茎障碍物影响末端执行器抓取的问题。•柑橘收获机器人•西班牙科技人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成，能够从橘子的大小、形状和颜色判断是否成熟，决定可不可以采摘。它的工作效率很高，每分钟可采摘60个，而靠手工只能摘8个左右。另外，该机器人通过装有视频器的机械手，能对采摘下来的果实按大小同时进行分类。番茄采摘机器人机械手•英国Silsoe研究院研制的蘑菇采摘机器人如图所示，它可以自动测量蘑菇的位置、大小，并选择性的采摘和修剪。结球菜收获机器人的构造育苗机器人移栽机器人移栽机器人机械手部分伐根机器人树木球果采集机器人图2-37工作中的挤奶机器人图2-38挤奶机器人的气动机械国内农业机器人研究的现状•国内在农业机器人方面的研究始于20世纪90年代中期,相对与发达国家起步较晚,但是发展很快，很多学校研究所都在进行农业机器人和智能农业机械相关的研究.国内农业机器人研究的现状•中国农业大学率先在我国开展了蔬菜自动嫁接机器人的技术研究,解决了蔬菜幼苗的柔嫩性,易损性和生长的不一致性等难题,实现了蔬菜幼苗嫁接的精确定位,快速抓取,良好切削.国内农业机器人的研究状况嫁接机器人技术东北农业大学于90年代初期研制成功的黑豆果采摘机械手国内农业机器人研究的现状•浙江大学应义斌教授研究的水果自动分级机器人系统得到了国家863的支持•吉林大学王容本和于海业教授在90年代中期开始农用自动引导行走车的研究•南京农业大学姬长英,沈明霞等人,浙江工业大学胥芳,张立斌等人在进行农业机器人的视觉研究国内农业机器人研究的现状上海交通大学机器人研究所的曹其新等专家进行了用于精确农业的智能农业机械的研究工作,正在进行草莓拣选机器人,黄瓜采摘机器人,嫁接机器人的研究.江苏大学的纪良文,吴春笃进行了喷药机器人的研究,他们采用超声测距作为喷药机器人的辅助视觉系统.存在的问题•农业机器人的成本过高•农业机器人没有达到农业生产的智能需要发展具有开放式结构的农业机器人•开放式机器人控制器采用模块化技术,功能模块的复用,使得重复性的开发工作大大减少,从而减少了整个系统开发的时间和成本;•开放式机器人控制器的设计可以由用户或第三方开发人员更换或修改,可以根据需要进行机器人控制器改型。•开放式控制器便于实现平台、操作系统和用户接口的标准化农业机器人的未来前景•找出最佳的作业方法•提高农产品的质量•用机器人易于实现的动作代替人的动作，•价格合理，便于推广•一机多用，以提高效率敬请各位专家提出宝贵意见谢谢