美国是早进行采摘机器人研究的国家。1968年,美国学者Schertz和Brown首次提出应用机器人进行果蔬采摘的思想,1983年,台采摘机器人在美国诞生,此后的30多年里,美国、英国、法国、荷兰、比利时、以色列、日本、韩国等国家相继展开了各种采摘机器人的研究和开发,涉及到的研究对象主要有苹果、柑橘、草莓、葡萄、西瓜、黄瓜、番茄/樱桃番茄、茄子、甘蓝、生菜、莴苣、蘑菇等。
葡萄采摘机器人
在美国,佛罗里达大学进行了橙子采摘机器人的研究。甜橙采摘机器人新的设计提议是采用两个相对独立,有不同功能特点同时又能相互配合无间的机器人,机器人负责寻找和发现各个甜橙的位置,并计算***有效率的采摘路径,将信息和数据传至第二个机器人,第二个机器人负责在不损坏甜橙树的情况下得到果实。
甜橙采摘机器人
Energid公司获得美国农业部的资助正在开发一种收获柑橘的机器人。该公司所开发的机器人具有机器视觉和操作的能力,适用于收获柑桔、苹果等。该公司的方案结合了机器人的智能和批量收获的经济性,使用一种低成本的机制,通过视觉传感器和高速的计算机进行信息处理和控制。水果摘取的末端执行器为一次性使用,可快速更换,维修费用低廉。该系统可以远程控制,系统的设计目标是每秒钟摘取32个水果,持续摘取16次,留在树上的水果将少于4%。该水果采摘系统有多个网格盘,每个网格盘有16个气动驱动采摘装置,通过许多相机的视觉反馈,引导采摘装置末端执行器剪断水果的茎。
日本在采摘机器人的研究方面进展很快。如由日本久保田试验开发的柑橘采摘机器人。因为柑橘树很大,该机器人在移动台车上安装了可升降悬臂,在悬臂前端的基座平台上安装机械臂。机械臂为三自由度垂直多关节型,小臂和大臂等长,末端执行器像直动关节一样沿直线运动。采用这样的机构,机械臂不会像一般极坐标型关节一样伸向背后,从而避免了与背后的果树发生干扰。工作时频闪光源发光,末端执行器内部的摄像机开始采集图像,检测果实,然后机械臂靠近果实,用吸盘吸引目标果实,将目标果实吸入梳状罩,使其和其他果实分开,由理发推子形状的切刀将果梗切断。
日本冈山大学研制了高架栽培草莓采摘机器人。采用三自由度直角坐标型机械臂作业,也有两种末端执行器:旋转式末端执行器为了补偿视觉传感器的位置误差,采用了送风机吸引的方法收获,可收获不同大小的果实。为判断果实是否被吸引进来,采用了三组光电阻断器,通过吸盘旋转,将果梗送到切刀的位置切断。收下的果实在送风机引力作用下通过管道,落入果盘。试验结果表明,该机器人采摘一个果实,作为目标的果实能够全部采摘,但是采摘时连同未成熟果实一起一次收获多个果实的情况有50%。后又经试验,钩式末端执行器在机构上方安装了钩子,可以把目标果实拉住继而进行采摘,所以将邻近果实一起收下来的情况基本没有。
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