1、 草莓采摘机器人一摘要草莓因其果实色泽鲜艳，液汁丰富，味美可口，极富营养价值和保健价值。我国近几年的草莓种植面积迅猛增加。草莓多为二歧聚伞花序，按次序先后开花结果，这独特的生长方式造成果实的不定期成熟，需要人工不定时地进行判断和收获。在草莓收获期，每天至少收获两次，并且人工每摘一处草莓，需要弯腰一次，劳动强度和作业量非常大。随着农村劳动力向第二、三产业转移以及农村劳动力的妇女化和老龄化，用于生产草莓的劳动力日趋紧张，由此开发一种能够代替人工作业的草莓采摘机构势在必行。但由于草莓独特的外形特性以及栽培的条件，给草莓收获实现自动化增添了难度，同时草莓果实的组织结构对于采摘机构也提出了较高的要求。这
2、种机器人一般是在室外工作，作业环境较差，但是在精度上却没有工业机器人那样要求高；这种机器人的使用者不是专门的技术人员，而是普通的农民，所以技术不能太复杂，而且价格也不能太高。关键词：采摘机器人 末端执行器 视觉传感器 机械手二功能引言：草莓采摘机器人：综合来说首先是要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位；然后是提高机械手和末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低采摘草莓的损伤率；最后是要提高采摘机器人的通用性，提高机器人的利用率。采摘机器人的主要结构有：末端执行器，视觉传感器，机械手。1.末端执行器：由于草莓的外表比较脆弱，而它的形
3、状和生长状况较复杂，因此末端执行器的设计通常被认为是农业机器人的核心技术之一，它对末端执行器抓持力的控制要求很高，同时要求夹持系统具有一定柔性，可以补偿部分力控制产生的误差，避免夹持力过小而抓取失稳，导致草莓掉落，因此将欠驱动多指手作为草莓采摘机器人的末端执行器。其特点有：通用性和灵活性较强；系统简单，成本较低，可控性好，易于操作和维护；还可以实现果蔬的无损采摘。2.视觉传感器：视觉是人类最重要的感觉之一，人们从外界环境获取的信息中，百分之七十以上是由视觉完成的，因此视觉信息处理是当前信息研究的核心任务之一，机器人视觉就是给机器人装上视觉传感器，模拟人的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，对
4、客观世界进行形态识别，使机器人完成许多艰巨的任务。视觉传感器主要由彩色摄像机来寻找和识别成熟的草莓，利用双目视觉方法对目标进行定位。收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入。3机械手：机械手作为采摘机器人的主要执行部件，其功能是将末端执行器移至接近果实的位置。机械手结构一般属于空间开式链。由于农业环境的复杂性，不确定性和果实分布的随机性，采摘机械手的选型既要遵循工业机械手的基本原则，又要考虑其工作的特殊性。果实采摘过程中，植物茎叶以及植物支撑装置的位置不固定，为了减少对植物的损伤，机械手必须能方便地避开障碍物。三设计方案1.末端执
5、行器采用的是欠驱动多指手的方法来实现期望的抓取功能。通常一般机构正常工作的条件是驱动器数目等于机构本身自由度，即所谓的全驱动方式，如常见的 6 自由度工业机器人都具有 6 个电动机。当机构的驱动器数目少于机构本身的自由度数目，可依靠机构自身的动力约束条件来正常工作，称这类机构为欠驱动机构，多指手的手指通常有数个关节，关节数就等于该手指机构的自由度。在全驱动方式下，手指上每个关节都必须加装驱动器，而在欠驱动方式下，手指上只装一个驱动器，依靠弹簧和机械限位装置来实现机构正常工作所需的动力约束条件，以一个两关节欠驱动手指为例，其工作原理如下：虽然机构结构上具有 2 个自由度，但由于机构设计中引入了动
6、力约束条件（弹簧机械限位装置）使其正常工作时只需要一个自由度。一旦机构运动受阻，驱动力大于约束，就启动一个自由度。2 机械手机构设计：草莓采摘机械手进行采摘作业时，末端执行器模拟人手采摘动作，抓住果实，完成果实与花梗分离，需要手腕通过绕 j 轴旋转和绕i 轴回转来实现。下图为草莓采摘机械手手腕关节形式：1机械手末端关节 2.末端执行器 3.采摘目标3.机器人的视觉系统由一台计算机，两台 CCD 摄像机和两张图像采集卡组成。4.草莓采摘机器人系统的工作原理如下：摄像机 1 摄取水平地面上收获区域内草莓的图像，经图像分割后提取收获区域内所有成熟草莓的重心位置，计算草莓个数，并按重心坐标值对草莓排序
7、。当机械手移动到第一个草莓重心处时，摄像机 2 获取该草莓的图像，经图像分割后提取该草莓重心和采摘点位置，驱动机械手收获草莓，然后移动到第二个草莓重心处。循环上面的操作直到收获区域内所有草莓都采摘完毕。为最大限度的降低草莓的机械损伤，采用切断草莓果梗的方法采摘草莓。总体设计如下：五.参考文献1.姜丽萍，陈树人，果蔬采摘机器人的研究综述【J】,农业装备技术：2006，32（1）：8102.宋健，张铁中，徐丽明，等，果蔬采摘机器人研究进展与展望【J】 ，农业机械学报，2006，37（5）：1581623.熊有伦，机器人技术基础【M】武汉：华中科技大学出版社。4.曹其新，吕恬生，永田雅辉，等。草莓拣选机器人的开发【J】上海交通大学学报，1999，33（7）：880884
