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基于近红外图像的温室小型西瓜采摘信息获取技术 总被引：1，自引：0，他引：1
为实现温室立体栽培模式下小型西瓜的识别与空间定位,研究了基于近红外图像的西瓜采摘信息获取方法。测定、比较西瓜果实与茎、叶的光谱反射率,确定波长850 nm附近波段为区分西瓜与背景的最佳波段,在光强差异较大的两时段内采集了最佳波段下的西瓜近红外图像;通过Otsu算法滤除背景信息,利用"米"字型模板检测得到"浓缩西瓜"区域,实现西瓜果实识别;使用形心坐标计算公式获得采摘点坐标;根据西瓜果梗生长特性,利用分块定位算法获得切割点坐标信息。在温室环境下随机选择拍摄50幅有西瓜图像和20幅无西瓜图像进行识别算法验证,并对识别成功的有西瓜图像进行采摘点与切割点提取算法验证。结果表明,有西瓜图像识别成功率为86%,无西瓜图像为95%;采摘点、切割点定位准确度分别为93.0%、88.4%。 相似文献
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鲜食果蔬收获是难以实现机械化作业的生产环节,高效低损采摘也是农业机器人研发领域中的难题,导致目前市场化的自动化果蔬采摘装备生产应用几乎空白。针对鲜食果蔬采摘需求,为改善人工采摘费时费力、效率低下、自动化程度低的问题,近30年来,国内外学者设计了一系列自动化采摘设备,推动了农业机器人技术的发展。在研发鲜食果蔬采摘设备时,首先要确定采收对象和采收场景,针对作物的生长位置、形状和重量、场景的复杂程度、所需自动化程度,通过复杂度预估、力学特性分析、姿态建模等方式,明确农业机器人的设计需求。其次,作为整个采摘动作的核心执行者,采摘机器人的末端执行器设计尤为重要。本文对采摘机器人末端执行器的结构进行了分类,总结了末端执行器的设计流程与方法,阐述了常见的末端执行器驱动方式、切割方案,并对果实收集机构进行了概括。再次,本文概述了采摘机器人的总体控制方案、识别定位方法、避障方法及自适应控制方案、品质分类方法以及人机交互、多机协作方案。为了总体评价采摘机器人的性能,本文还提出了平均采摘效率、长期采摘效率、采收质量、损伤率和漏采率指标。最后,本文对自动化采摘机械的总体发展趋势进行了展望,指明了采摘机器手系统将向着采摘目标场景通用化、结构形式多样化、全自动化、智能化、集群化方向发展的趋势。 相似文献
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为解决鲜食葡萄采摘、收集和运输过程中的损伤问题,设计了鲜食葡萄袋中袋包装装置,采摘作业时与机械臂协同工作,通过袋中袋包装避免损伤,包装完成后葡萄可直接落入收集筐,提高鲜食葡萄机械采收效率。首先,基于葡萄表面硬度、质量损失率、表面破裂指数和穿刺破裂力等损伤指标,确定袋中袋包装装置最佳充气气压为4kPa,通过撑袋过程袋中袋受力分析与袋口形状分析,确定吸盘直径、撑袋距离和同侧吸盘距离为30、125、95mm;然后,建立葡萄果实图像大小与充气时间关系模型,自动调节充气时间,保证不同大小的葡萄在充气包装完毕后都能达到最优的保护效果。最后,以巨峰葡萄为试验对象,试验结果表明无损收集成功率为95%,平均包装时长为28.4s,最大气压偏差为0.2kPa,平均气压偏差率为1.1%,平均损伤破裂率为1.5%,平均脱粒率为0.2%,包装效率为126串/h。袋中袋包装装置作业性能稳定,鲜食葡萄无损包装成功率高,避免了损伤,确保了新鲜度,提高了采摘收集效率。 相似文献
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温室采摘机器人技术研究进展分析 总被引：17，自引：0，他引：17
采摘是温室作物生产中劳动力耗费最大且最难以实现机械化作业的关键环节,近几十年来采摘机器人技术得到了迅速发展,特别是日本以番茄、草莓等主要作物为对象的机器人采摘研究得到了持续和深入的开展。这些年中国温室的采摘机器人技术发展迅猛,已成为全球研发最为活跃的国家。本文按作物品种对日本、中国、欧盟、韩国等的温室采摘机器人技术研究的发展进程进行分析,梳理出了全球该领域的主要研发主体、技术特征、发展水平和演进脉络。在此基础上总结了温室采摘机器人技术发展的复杂非结构环境的适应能力、复杂机器人系统的融合能力两大技术关键,认为环境工厂化、结构标准化、多机共融化和人机共融化将成为其发展的未来趋势。 相似文献
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为深入掌握振动式林果采收机的工作机理,最大限度发挥采收机的作业效率,根据我国林果采收特点及采收机工作机理,给出采收激振的理论模型,建立了林果采收机激振装置的三维物理模型,并针对其智能监控系统展开实地试验。试验结果表明:当激振频率控制在19~20Hz时,林果的平均采净率可达到88%以上,林果树枝损伤率可控制在60%~62%之间,可确定振动式采收机的最佳作业效率发挥范围;且振动式林果采收机的理论模型与实地试验误差控制在6%范围内,验证了此机械化试验的可行性,为高效利用振动式林果采收机提供了参考。 相似文献
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冬枣采摘是用工量最大、用工时间最密集的作业,实现冬枣机械化采摘是冬枣种植业的一大难题。通过梳理冬枣果实特性、脱落方式及规律等信息,阐述现有相关采摘机械研究包括工作原理、作业特点、存在缺陷等方面,对比分析干果红枣采收与冬枣采收。可以发现：振动式采摘是大规模生产中应用最广泛的方式,实现高效收获,但存在收集难度大、果实损伤率高等限制;半自动辅助采摘设备每次只对单个果实作业,效率提升有限;采摘机器人的研究尚在起步阶段,存在果实识别环境影响大、执行器执行不到位、效率低等难题。最后,提出冬枣采摘机械研发与冬枣种植管理相结合、冬枣采摘机械智能化、自主研发与国外技术相互借鉴是未来的研发方向。 相似文献
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为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。 相似文献
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基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了设施温室大果番茄采收试验,结果表明,采摘效率8个/min,果实采摘尺寸范围30～92 mm,最大抓握输出力22.5 N,抓取成功率72.9%,果实破损率0,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,机器人的图像识别系统参数需进一步优化,以提高作业质量。 相似文献
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收获期沙棘的力学特性与形态特征测定与分析 总被引：1，自引：0，他引：1
为了测量分析沙棘收获期所需的基础数据,为沙棘收获机械的研制提供依据,以黑龙江绥棱种植的优胜、HS-12、楚伊、金色4种沙棘果实为实验对象,测定收获期不同品种沙棘果实的横径与纵径、果实质量、果柄-果实分离力、果柄-树枝分离力及果皮颜色特征等各项物料特性参数。结果表明:果柄-果实分离力较果柄-树枝分离力更为集中,且果柄-果实分离力显著小于果柄-树枝分离力,所以机械收获时的采摘位置最好选择在沙棘果柄-果实之间。楚伊的果柄-果实分离力最大,其次是优胜、HS-12,金色的最小。成熟期沙棘果柄-果实分离力的变化范围为0.5~2.0N,HS-12沙棘果实进入成熟期其果皮颜色整体分布呈锈红色,优胜和楚伊整体分布呈橙色,金色整体分布呈黄色。该研究可为成熟期沙棘的收获和加工机器系统的开发提供理论依据。 相似文献
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黄瓜采摘机器人远近景组合闭环定位方法 总被引：5，自引：0，他引：5
针对黄瓜采摘机器人远景定位精度不高,以致切伤果实和茎蔓的问题,设计了一种基于机器视觉具有空间位置反馈功能的末端执行器。对温室环境下黄瓜果实采摘区域图像信息获取方法加以研究,综合HIS色彩空间H、S分量进行阈值分割,结合RGB色彩空间G通道边缘分布特征以及黄瓜形状特征,提取黄瓜采摘区域。基于摄像机线性透视模型,研究了采摘切割点空间定位方法,最终向采摘机械臂控制器反馈位置微调信息。采用远近景组合闭环定位方法,对采摘目标进行闭环定位,有效地解决了采摘机器人一次远景定位误差较大的问题。试验结果表明,排除温室复杂光照情况,机器人末端执行器定位精度达到2mm,满足采摘作业要求。 相似文献
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采摘机器人拥有自主收集信息并进行有效判断的能力,可以独立完成对果实的采摘作业,对满足水果种植需求、减小水果种植的劳动力投入及降低生产成本有着很重要的实际应用价值。为此,以嵌入式ARM智控系统为基础平台,设计了采摘机器人视觉测量与避障控制系统。该系统集机器视觉、视觉传感感知、伺服电机驱动和ARM智控模块于一体,建立了采摘机器人采摘运动学的数学模型,并通过BP网络神经型迭代学习算法测量果实的距离和球心坐标,对成熟果实进行精准识别和定位采摘。试验结果表明:采摘机器人能准确地进行自主采摘,成功率比较高,躲避障碍物的能力很强,更适合在复杂未知的果园中进行收获作业。 相似文献
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农业生产中果蔬采摘是其中的重要环节，且依赖于大量劳动力的参与，采摘机器人的发展与应用将会极大地改善采摘作业的劳动力依赖问题。采摘机械臂是采摘机器人的关键部分，是采摘机器人研究的一大重点。以采摘机械臂自由度进行分类，梳理总结国内外采摘机械臂研究的发展过程和研究现状。针对相同栽培模式下同一果蔬，在采摘机械臂的自由度和构型的选择上缺少标准化方案的问题，提出采摘机械臂研究与农艺的深度结合是未来解决问题的关键。同时，对于刚性本体难适应采摘环境以及关节驱动方式单一的问题，提出采摘机械臂本体的柔性设计以及驱动方式的组合使用将是未来的发展趋势。 相似文献
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针对我国油茶果采摘过程中存在的自动化水平落后、采摘效率低、适采周期短的现状,应用于机器人收获技术的机器视觉技术受限于真实场景中复杂背景干扰从而导致识别精度较低的问题。以自然场景下的油茶果为研究对象,提出一种基于Mask-RCNN的自然场景下油茶果目标识别与检测算法,首先获取油茶果图像并建立数据集,利用ResNet卷积神经网络提取油茶果果实图片的特征,获得果实目标分割结果,再采用RPN对所得到的特征图进行操作,并增加全连接层,提取每个样本mask像素面积,并对目标类别进行预测。利用测试集分别测试油茶果的分割网络模型及目标识别算法,结果表明,网络模型的分割准确率为89.85％,油茶果目标识别的平均检测精度为89.42％,召回率为92.86％。本算法能够自动检测油茶果目标,并有效降低不同光照情况下叶片与花苞遮挡、果实重叠、果实色泽等因素干扰,为自然场景中果实自动化采摘提供可靠的视觉支持。 相似文献
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随着设施农业的发展和农业机械化的要求,对作物的种植管理和收获模式的要求也越来越高。在规模化种植背景下,随着种植面积迅速增长,种植、管理和收获的劳动量也越来越大。研究开发果实收获机器人,实现机械化、自动化与智能化,是现代农业工程的重要课题。在果园采摘机器人自动化作业过程中,远程监控是关键,其不仅可以观测到采摘机器人的作业状态,对于机器人的远程控制也发挥重要的作用。为此,提出了一种基于DWDM光纤传输的采摘机器人远程监控系统,并对系统的性能进行了测试,包括数据传输性能和采摘机器人的作业性能。测试结果表明:采用DWDM光纤传输系统可以成功地将白天和夜间的作业场景图像传输到远程控制终端,在远程控制终端的协同控制作用下,采摘机器人具有较高的果实识别效率和采摘准确率。 相似文献