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德国研发出轻型黄瓜采摘机器人,采摘完整黄瓜成功率高达95%

2020-08-01 21:40:18  来源:薇儿资讯网
    采摘机器人 作为自动化密集行业,汽车行业的生产主力军是大量的工业机器人,不过现在不仅仅是汽车行业如此高度依赖机器人。在越来越多的农业场景中,自动化系统正在取代繁重的体力劳动。作为欧盟CATCH 项目的一部分, Fraunhofer 生产系统和设计技术IPK 研究所正在开发和测试用于自动采摘黄瓜的双臂机器人。这种轻量化解决方案有可能使德国的作物种植商业化变得可行。 在德国,用来制作泡菜坛子的黄瓜是在“黄瓜飞手”(cucumber flyers)的帮助下人工采摘的,“黄瓜飞手”是一种有翼形附件的农用车。季节工躺在农用车翅膀的肚子里采摘成熟的黄瓜,现在这种劳动密集型加能源消耗型的手工采摘也越来越不经济了。 此外,自从德国实行最低工资以来,采摘的单位成本也上升了。德国许多农业地区面临着一个不确定的未来;黄瓜种植已经开始迁往东欧和印度。因此,迫切需要改进采收技术,以维持德国黄瓜种植的经济可行性。 柏林Fraunhofer IPK 专家跟德国及西班牙的研究人员正在欧盟项目CATCH 研究黄瓜自动采收的潜力。项目合作伙伴是德国的Leibniz 农业工程和生物经济研究所和西班牙的CSIC-UPM 自动化和机器人技术中心(CAR)。 CATCH 研究人员希望开发和测试由廉价轻质模块组成的双臂机器人系统。最终目标是这个系统可以自动采摘黄瓜,当然可以开发成其他农业应用。采摘机器人必须具备高性价比、高性能和高可靠性。即使在恶劣天气下,也需要能够首先鉴别出成熟的黄瓜,然后使用其两个机械臂轻轻地采摘并存放它们。 为此,先进的控制方法使机器人具备触觉感知能力,使之能够适应环境条件。这些方法也使得双臂机器人系统能够模拟人的动作。研究者们希望确保机器人不会破坏作物,比如把农作物连根拔出,但那还不够。黄瓜采摘机器人还必须具备很高的效率,因为它的人类同行们经验丰富,每分钟能采摘13 根黄瓜。 设计能够进行光学和触觉感测,评估和鉴定的自主系统是一个巨大的挑战。而采摘黄瓜面临的挑战是:机器人必须在绿色环境中识别出绿色的黄瓜。此外,黄瓜是随机分布在整个田间的,有些还被叶子掩盖着。不同的光线条件让采摘任务变得更困难。或许需要使用多光谱相机和智能图像处理来帮助定位黄瓜,并引导机器人的手爪采摘它们。 CATCH 项目的这一部分由西班牙项目合作伙伴CSIC-UPM 监督。特殊的相机系统有助于确保机器人检测和定位约95% 的黄瓜,这么高的成功率令人惊喜。当然,目标是让机器人采摘所有的黄瓜,以便让新的黄瓜更快成长。Fraunhofer IPK 在科隆igus 公司开发的硬件模块基础上,开发了具有5个自由度的机器人手臂。 寻找人类的灵感 IPK 项目专家的任务是开发三种夹具原型:基于真空技术的夹具,一套仿生夹爪(Fin Ray)以及基于OpenBionics 机器人手的定制“黄瓜手”。依靠先前的欧洲研究项目获得的见解,他们为Workerbot I 开发了一个双臂机器人控制系统,该机器人控制系统具有高效的面向任务的编程,那是一个可进行工业装配的人形机器人。 来自IPK 的项目专家正在完善这一系统,以便能够计划、编程和控制采摘黄瓜机器人的行为。这种预编程的行为模式使得双向搜索成为可能,这意味着机器人可以像人一样寻找黄瓜。 采摘机器人 Fraunhofer IPK 的科学家Dragoljub Surdilovic 博士解释说:「机器人可以通过对称或不对称的运动,一致或不一致的运动将叶片推到一边,因此,它可以自动地改变方向,接近并抓住黄瓜。」 研究人员的目标是创建一个能够进行判断呼叫的智能控制系统:将某个任务分配给某个爪手,监控黄瓜挑选和处理异常情况。 2017 年7 月,莱布尼茨农业工程和生物经济研究所利用各种类型的黄瓜在其试验场地对机器人系统进行了初步现场测试。该研究所还测试了采摘新型黄瓜的特点,使他们更容易挑选。总之,第一轮测试验证了其基本功能。 自2017 年秋季以来,项目合作伙伴一直在莱布尼茨温室进行更多的测试。研究人员特别仔细地研究了干扰或故障影响系统效率和稳健性的程度。一旦轻型机器人测试完成,项目合作伙伴将努力完成商业化。企业、种植黄瓜的农民和农业协会都对双臂机器人表示了浓厚的兴趣。

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