农业田间机器人说课讲解.ppt

农业田间(tián jiān)机器人技术现状与未来发展第一页，共56页农业机器人技术现状及未来(wèilái)发展 一．农业机器人的含义一．农业机器人的含义 二．目前的研究现状二．目前的研究现状 三．存在问题及解决方法三．存在问题及解决方法 四．农业机器人的未来四．农业机器人的未来(wèilái)发发展展第二页，共56页农业(nóngyè)机器人的含义•　农业(nóngyè)机器人定义•　农业(nóngyè)机器人的特点•　农业(nóngyè)机器人的发展优势•　农业(nóngyè)机器人的分类第三页，共56页农业(nóngyè)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(mónǐ)人类智能的农业机器人则成为智能型农业机器人第四页，共56页农业(nóngyè)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(jiàgé)特性第五页，共56页农业机器人发展(fāzhǎn)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(shìhé)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第六页，共56页。

农业(nóngyè)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第七页，共56页农业(nóngyè)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 第八页，共56页国外农业(nóngyè)机器人研究现状 农业机器人的研究,目前(mùqián)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.第九页，共56页国外农业(nóngyè)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(jiǎnshǎo)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第十页，共56页国外农业机器人的研究(yánjiū)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(dìmiàn)扫描第十一页，共56页国外农业机器人的研究(yánjiū)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(shìjué)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第十二页，共56页国外农业机器人的研究(yánjiū)状况•　　　除草(chú cǎo)机器人第十三页，共56页图2-2 GPS无人驾驶拖拉机第十四页，共56页国外农业机器人的研究(yánjiū)状况• 施肥(shī féi)机器人第十五页，共56页国外农业机器人的研究(yánjiū)状况•喷农药(nóngyào)机器人 • 摘苹果(píngguǒ)机器人第十六页，共56页国外农业(nóngyè)机器人的研究状况• 移栽(yí zāi)机器人第十七页，共56页除草机器人总体(zǒngtǐ)结构田间(tián jiān)工作中除草机器人第十八页，共56页韩国韩国KyungpookKyungpook大学所研制的苹大学所研制的苹果采摘机器人，其机械手工作空果采摘机器人，其机械手工作空间可以达到间可以达到3m3m，具有，具有(jùyǒu)4(jùyǒu)4自自由度，包括由度，包括3 3个旋转关节和个旋转关节和1 1个移个移动关节。

采用三指夹持器作为末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端执行器，内有压力传感器避免损伤苹果利用损伤苹果利用CCDCCD摄像机和光摄像机和光电传感器识别果实，从树冠外部电传感器识别果实，从树冠外部识别苹果时的识别率达识别苹果时的识别率达8585％，速％，速度达度达5 5个个/S/S该机器人末端执行该机器人末端执行器下方安装有果实收集袋，缩短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，该机器人只有采摘速度但是，该机器人只有4 4个自由度，无法绕过障碍物摘个自由度，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果，也没有给出识别和采摘的解决方法 第十九页，共56页•日本京都大学开发了一西日本京都大学开发了一西瓜收获机器人，如图瓜收获机器人，如图2-82-8所示一般的机器人多所示一般的机器人多数是采用电气驱动，但数是采用电气驱动，但是为了降低是为了降低(jiàngdī)(jiàngdī)成成本，这种西瓜收获机器本，这种西瓜收获机器人却是采用油压驱动，人却是采用油压驱动，比以蓄电池为动力源的比以蓄电池为动力源的电气驱动要经济的多。

电气驱动要经济的多这种机器人没有使用价这种机器人没有使用价格相对较高的高精度油格相对较高的高精度油压控制马达，而是采用压控制马达，而是采用了油缸控制，这样做也了油缸控制，这样做也降低降低(jiàngdī)(jiàngdī)了机器人了机器人的成本第二十页，共56页The robot harvested watermelon in 1997第二十一页，共56页August 10-27, Fine dayYb Xb ZbExperiment in 2001The robotDC motor 　　　　　　WireDr. S. Sakai of Kyoto University第二十二页，共56页CucumberTomatoStrawberry Grape harvesting robotDeveloped by Okayama University第二十三页，共56页Cucumber harvesting robotdeveloped by Okayama Universitydeveloped by Okayama University第二十四页，共56页Cucumber harvesting robotdeveloped by Okayama University第二十五页，共56页。

• •日本的日本的日本的日本的N.KondoN.Kondo等人研等人研等人研等人研制的黄瓜采摘机器人实制的黄瓜采摘机器人实制的黄瓜采摘机器人实制的黄瓜采摘机器人实物图，采用三菱物图，采用三菱物图，采用三菱物图，采用三菱MITSUBISHI RV-E2MITSUBISHI RV-E2六六六六自由度工业机器人，利自由度工业机器人，利自由度工业机器人，利自由度工业机器人，利用用用用CCDCCD摄像机，根据摄像机，根据摄像机，根据摄像机，根据(gēnjù)(gēnjù)黄瓜比其叶茎对黄瓜比其叶茎对黄瓜比其叶茎对黄瓜比其叶茎对红外光的反射率高的原红外光的反射率高的原红外光的反射率高的原红外光的反射率高的原理来识别黄瓜和叶茎理来识别黄瓜和叶茎理来识别黄瓜和叶茎理来识别黄瓜和叶茎采摘速度为采摘速度为采摘速度为采摘速度为1616个个个个/S/S，由，由，由，由于黄瓜是长条形，受到于黄瓜是长条形，受到于黄瓜是长条形，受到于黄瓜是长条形，受到叶茎的影响更大，所以叶茎的影响更大，所以叶茎的影响更大，所以叶茎的影响更大，所以采摘的成功率较低，大采摘的成功率较低，大采摘的成功率较低，大采摘的成功率较低，大约在约在约在约在60%60%左右。

左右第二十六页，共56页Cucumber harvesting end-effecterCucumber harvesting end-effecterdeveloped by Okayama Universitydeveloped by Okayama University第二十七页，共56页Harvesting robot for strawberry grown on table top Harvesting robot for strawberry grown on table top culture developed by Okayama Universityculture developed by Okayama University第二十八页，共56页Strawberry harvesting end-effecterStrawberry harvesting end-effecterdeveloped by Okayama Universitydeveloped by Okayama University第二十九页，共56页External sensing system using laser scannerdeveloped by Okayama Universitydeveloped by Okayama University第三十页，共56页。

•日本研制的葡萄收获机械手用于葡萄园中棚架方式种植(zhòngzhí)的葡萄棚架种植(zhòngzhí)方式被认为比其它方式更适合机器人工作第三十一页，共56页External sensing system of grape harvesting robot to detect a cooperative worker as an obstacle第三十二页，共56页Cherry tomato harvesting robotDeveloped byProf. T. Fujiura Osaka prefecture University第三十三页，共56页Cherry tomato harvesting robot第三十四页，共56页Multi-fingered tomato harvesting robotCherry tomato harvesting hand developed by Okayama University第三十五页，共56页Cabbage harvesting robotDeveloped byDr. M. Dohi Shimane University第三十六页，共56页。

Selective harvesting robot for lettuce3-D vision sensor------location and size of crisp headForce sensor ----hardness of crisp head第三十七页，共56页•美国美国美国美国(měi ɡuó)Purdue(měi ɡuó)Purdue大大大大学学学学Y Y．．．．EdanEdan和和和和G G．．．．MilesMiles研研研研制了制了制了制了3 3自由度的伺服电机自由度的伺服电机自由度的伺服电机自由度的伺服电机控制的操作手，用来收获控制的操作手，用来收获控制的操作手，用来收获控制的操作手，用来收获甜瓜这类机器人行走装甜瓜这类机器人行走装甜瓜这类机器人行走装甜瓜这类机器人行走装置的倾斜引起的位置误差置的倾斜引起的位置误差置的倾斜引起的位置误差置的倾斜引起的位置误差较大，导致收获成功率仅较大，导致收获成功率仅较大，导致收获成功率仅较大，导致收获成功率仅达到达到达到达到6565％另外，该机器％另外，该机器％另外，该机器％另外，该机器人没有解决有叶、茎障碍人没有解决有叶、茎障碍人没有解决有叶、茎障碍人没有解决有叶、茎障碍物影响末端执行器抓取的物影响末端执行器抓取的物影响末端执行器抓取的物影响末端执行器抓取的问题。

问题 第三十八页，共56页• 柑橘收获机器人柑橘收获机器人•西班牙科技人员发明的这种西班牙科技人员发明的这种机器人由一台装有计算机的机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成，能够从和一个机械手组成，能够从橘子的大小、形状和颜色判橘子的大小、形状和颜色判断是否成熟，决定可不可以断是否成熟，决定可不可以采摘它的工作效率很高，采摘它的工作效率很高，每分钟可采摘每分钟可采摘6060个，而靠手个，而靠手工只能摘工只能摘8 8个左右另外个左右另外(lìnɡ wài)(lìnɡ wài)，该机器人通过，该机器人通过装有视频器的机械手，能对装有视频器的机械手，能对采摘下来的果实按大小同时采摘下来的果实按大小同时进行分类进行分类第三十九页，共56页 番茄(fānqié)采摘机器人机械手第四十页，共56页•英国英国Silsoe研究院研研究院研制的蘑菇采摘机器人制的蘑菇采摘机器人如图所示，它可以如图所示，它可以(kěyǐ)自动测量蘑菇自动测量蘑菇的位置、大小，并选的位置、大小，并选择性的采摘和修剪择性的采摘和修剪 第四十一页，共56页 结球菜收获(shōuhuò)机器人的构造第四十二页，共56页。

育苗(yù miáo)机器人第四十三页，共56页移栽(yí zāi)机器人移栽(yí zāi)机器人机械手部分第四十四页，共56页伐根机器人树木球果(qiúguǒ)采集机器人第四十五页，共56页图2-37 工作(gōngzuò)中的挤奶机器人图2-38 挤奶机器人的气动(qì dònɡ)机械第四十六页，共56页国内农业机器人研究(yánjiū)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(fā dá ɡuó jiā)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.第四十七页，共56页国内农业机器人研究(yánjiū)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(róunèn)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. 第四十八页，共56页国内农业机器人的研究(yánjiū)状况 嫁接(jiàjiē)机器人技术 第四十九页，共56页东北农业大学于90年代(niándài)初期研制成功的黑豆果采摘机械手第五十页，共56页。

国内农业(nóngyè)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统得到了国家863863的支持的支持• 吉林大学王容本和于海业教授在吉林大学王容本和于海业教授在9090年代中期开始年代中期开始(kāishǐ)(kāishǐ)农用自动引导行走车的研究农用自动引导行走车的研究• 南京农业大学姬长英南京农业大学姬长英, ,沈明霞等人沈明霞等人, ,浙江工业大学胥浙江工业大学胥芳芳, ,张立斌等人在进行农业机器人的视觉研究张立斌等人在进行农业机器人的视觉研究• 第五十一页，共56页国内农业机器人研究(yánjiū)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(gōngzuò), 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.第五十二页，共56页存在(cúnzài)的问题 •农业机器人的成本过高 •农业机器人没有达到(dá dào)农业生产的智能需要 第五十三页，共56页。

发展具有(jùyǒu)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(xūyào)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 第五十四页，共56页农业(nóngyè)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(yìyú)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 第五十五页，共56页敬请各位专家(zhuānjiā)提出宝贵意见谢谢谢谢(xiè xie)第五十六页，共56页。