水果采摘机械手关键技术研究现状与展望

采摘机器人的研究对推动水果产业的发展有着重要作用。采摘机械手的运动规划与其硬件结构是采摘机器人的关键技术,影响水果采摘的效率与水果品质。本文分析了传统运动规划算法、基于生物智能的运动规划算法、基于概率采样的运动规划算法以及基于深度强化学习的运动规划算法等运动规划算法的优点和不足。同时总结了采摘机械手硬件结构的研发现状,指出目前采摘机械手存在采摘效率低、规划算法效率低、系统成本高与采摘对象单一等问题,对未来水果采摘机器人的研究进行了展望。本文为未来采摘机器人的研发提供了参考。

陕西省区域猕猴桃特色产业发展路径规划研究

陕西是我国最重要的猕猴桃产地之一。本文对当前我国陕西省区域猕猴桃产业的发展现状进行总结,发现陕西省猕猴桃产业具有资源禀赋优异、产业规模不断扩大、产业链不断延伸的优势。本文对陕西省猕猴桃产业发展潜力,如区位优势、基础设施建设情况、选种育种等进行分析,总结了陕西省猕猴桃特色产业的发展路径,旨在为该地区猕猴桃特色产业的发展提供借鉴。

剪式采摘机械臂的结构设计与仿真分析

为满足柚子等高挂水果采摘的作业要求,对一种5自由度剪式机械臂进行设计和分析。对剪式机械臂进行结构设计和虚拟建模,基于改进德纳维-哈登堡(Denavit-Hartenberg,D-H)法得到其正运动学方程。利用MATLAB软件分析得到其工作空间云图,在关节空间内选用五次多项式插值对机械臂进行轨迹规划。在ADAMS软件中建立剪式机械臂的虚拟样机模型,将轨迹规划得到的数据单元作为关节运动参数进行逆动力学仿真分析,分析了在柚子采摘过程中剪式机械臂各个关节所需的驱动力矩。研究结果为剪式采摘机械臂的研发和应用奠定了基础。

采摘机器人全果园视觉感知及自主作业综述

[目的/意义]采摘机器人是智慧农业的重要组成部分,其感知、规划、控制相关基础方法理论目前已有系统化研究。然而,构建具备全果园“感知-移动-采摘”一体化作业能力的实用型采摘系统仍面临诸多挑战。针对该问题,本文调研并报道了本领域近期案例,将全果园自主作业的关键技术划分为局部目标感知、全局地图构建和自主作业行为规划三个子问题并进行综述。[进展]首先回顾了近距离、局部范围内水果目标的精细视觉感知方法,包括基于低级特征融合、高级特征学习、RGB-D信息融合,以及多视角信息融合的4种方法;介绍与分析了全局尺度下的果园地图构建与大规模场景视觉感知案例;在感知的基础上,调研分析采摘机器人自主作业行为规划方法,包括底盘移动路径规划、机械臂视点规划与避障路径规划等方面的最新研究;最后对采摘机器人自主作业系统构建案例进行报道与分析。[结论/展望]感知、移动、采摘模块的高效协同是实现采摘机器人从基础功能样机进一步迈向实用型机器的关键,已有的视觉感知、规划与控制算法的鲁棒性与稳定性均需增强,协同程度需进一步提高。此外,提及了采摘机器人应用的几个开放性研究问题,并描述了其未来发展趋势。

林果抓取装箱作业机械臂运动规划仿真

针对多轴串联型协作机械臂运动规划应用到林果抓取装箱作业场景中存在深框规划速度慢、效率低、不考虑环境约束导致路径质量较低等问题,提出一种基于改进RRTC(RRT-Connect)机械臂运动规划算法。在规划路径之前,考虑实际林果抓取装箱作业环境下的深框抓取姿态问题,提出新的满足环境约束的无碰撞抓取姿态计算方法。在迭代过程中,采用基于高斯采样策略的改进有界采样方法,以取代随机均匀采样,使搜索过程具备目标导向性,提高搜索效率;扩展时引入自适应变步长,提高碰撞检测的成功率;当扩展点陷入深框底部时,采用局部逃逸策略替换高斯随机采样,避免搜索失败。实验结果表明,改进的RRTC机械臂运动规划算法在林果抓取装箱作业中运行时间较短,路径成本较少,有效减少了计算时间。其中,与RRT-Connect算法相比,在复杂障碍物场景及六自由度机械臂仿真场景下,本研究所用算法路径成本分别缩短了45.49%和29.97%,运行时间分别降低了20.75%和74.91%,节点数分别减少了83.01%和84.55%,对于实现自动化林果作业具有一定的参考价值。

农业采摘机器人发展分析及前景展望

随着中国经济结构的改革,农村人口老龄化日趋严重,农村年轻劳动力也向城市转移,在此背景下,迫切需要用机器代替人工进行农作物采摘。结合近阶段国内外的研究成果,对苹果采摘机器人、彩椒采摘机器人、葡萄采摘机器人和番茄采摘机器人的研究现状进行了梳理和总结,并对其中的关键技术:目标果实定位技术和机械手技术进行了分类介绍,对机械手技术中的机械臂技术和末端执行器进行对比梳理,并对未来农业采摘机器人的发展趋势进行了展望。

基于均值学习策略果蝇算法的工业机器人轨迹规划

针对机器人空间轨迹的时间最优规划问题,文中在建立轨迹规划模型的基础上,对果蝇算法(FOA)进行改进,并由此提出基于均值学习策略果蝇算法(MLS-FOA)的机器人轨迹规划方法。相比于FOA,MLS-FOA增加了向种群均值学习的策略,平衡了算法的全局搜索能力和局部搜索能力。机器人轨迹规划实例表明,MLS-FOA能够在位置、速度、加速度满足约束条件的同时,使得运动曲线更为平滑,同时也缩短了机器人的运动时间,提高了运动效率。

庭院果树树种的选择规划和栽培技术

庭院种植果树应本着适地适树、适宜位置、避免对房屋有可能的危害、好管理、美观受益等原则进行果树树种的选择规划,提出了改良土壤、选大苗、整围垄覆膜、土肥水管理、高接多种、整形修剪、花果管理、预防病虫害等栽培技术。

基于GIS的土地利用规划辅助编制系统

土地利用规划方案调整工作过程复杂手、工制作工作量大,因此传统解决方式只能制作很少的备选方案对相关因素进行定性分析来供领导决策,以至周期长、风险大;通过GIS技术将信息化管理引入土地规划编制业务领域,利用计算机的海量存储能力解决大量规划编制成果的处理问题,计算机的高速数字化处理能力解决规划方案调整过程中多方案生成与对比的问题,利用先进的网络技术实现规划指标的动态管理及规划审批的自动规范化管理,利用GIS技术实现多种专题分析工具,方便规划因素的定量分析,达到辅助规划编制的目的.实践表明,过去需要一个月才能完成的任务现在只需要几天时间并且质量明显好于手工作业方式,大大提高了工作效率.

我国果蔬物流保鲜产业的现状与发展战略思考

阐述了"十二五"中后期我国果蔬物流保鲜产业的地位和作用、存在的问题与发展战略思考,提出进一步落实国家已制订的相关发展规划,配套相应政策并加大资金扶持力度;发展适合我国国情的果蔬物流保鲜产业体系;提高果蔬生产的区域化、集约化与组织化程度;研发多种高新物流保鲜装备、材料与技术;增强果蔬物流企业的经济与技术基础,提高标准化、信息化、装备化和生物化技术的应用程度;建立果蔬物流保鲜全程控制技术体系,完善果蔬冷链流通技术体系等六大战略举措,以期实现我国果蔬物流保鲜产业又好又快的发展。

广州市海珠区果树保护区规划建设保护要素研究

介绍了广州市海珠区果树保护区的现状、存在问题,并对其规划设计的保护要素进行了分析讨论。

关于果树土肥研究的思考

３０年来，我国果树土壤肥料研究取得了很大成绩，在果树生产上发挥了重要作用。但在研究中存在重肥料、轻土壤；重化肥，轻有机肥；重产出，轻环保的倾向，由此产生了果品质量、土壤肥力下降，果实、土壤、环境受污染的恶果。为此，应从果树持续发展的高度来考虑果树土肥研究的方向。认为应加强土壤和有机肥的研究；应强化果品质量和环保意识。

果实采摘机械手多关节求解方法与避障规划

以Motoman SV3X采摘果实为研究对象,在果实空间位置坐标和竖直类障碍物空间位姿已知的情况下,提出了一种机械手多关节角度计算和路径规划方法。首先根据果实位置和竖直类障碍物的分布计算出若干组机械手终点关节角度,然后选择其中一组作为终点角度,利用A*算法规划出一条机械手从初始角度到达终点角度的避障路径,解决了避障规划中的多关节角求解问题,规划方法对于竖直类障碍物的避碰路径规划具有一般性。Matlab仿真试验表明,求解的机械手关节角度能够避开竖直类障碍物,而且使末端执行器的位置在预设的误差范围内,验证了规划方法的正确性。

我国果业重大使命和“十四五”重点任务

按照“四个面向”要求,围绕“推进农业高水平科技自立自强、支撑乡村全面振兴”核心使命,根据我国果树产业实际,明确了“保障食物安全与果品有效供给、推动果业绿色高质量发展、推进果品优质安全与营养健康、推动乡村振兴和区域果业发展”等果业重大使命,并提出了我国果业“十四五”的重点任务建议清单。

我国主要果树产业现状及“十四五”发展对策

针对我国果树产业的发展现状,剖析了产业发展中存在的主要问题和面临的形势。基于现阶段我国果树产业正处于一个转型发展期,提出"十四五"应以促进乡村振兴为总抓手,坚持绿色高质量发展理念和"一稳定、二调整、三提高"的发展方向,具体发展对策包括:继续调整优化果树种植区域布局、树种与品种结构,规范现代良种苗木繁育体系建设,集成示范推广现代高效栽培模式及果园化肥农药减施增效技术,大力推广节本增效技术,加强自然灾害和病虫害等突发事件预警机制建设,开发果树产业新功能等,旨在为我国果树产业高质量发展提供参考。

果树主题公园的规划设计

针对现有果园建设中生产管理粗放、技术水平低、经济和社会效益偏低的现状,分析了果树主题公园建设的必要性,结合在全国各地果园规划设计的实践,研究了果树主题公园的规划概念、分类和意义,提出要促进果树产业发展,应该进一步推进果树主题公园的发展模式,把农业休闲旅游资源开发和高科技果树技术的研发、推广和示范相结合,达到生态、社会和经济的最佳效益。

价值认同、社会信念、能力认知与果蔬农户质量安全控制行为

理解果蔬农户质量安全控制行为形成机理,是确保果蔬供应链源头质量安全、保护果蔬产地生态环境、促进果蔬产业可持续发展的关键。基于计划行为理论,构建果蔬农户质量安全控制行为意愿研究模型,在广州市采集了239个有效样本,运用结构方程技术实证分析了价值认同、社会信念和能力认知对果蔬农户质量安全控制行为的影响。研究表明,果蔬农户质量安全控制行为受到价值认同、社会信念和能力认知的正向影响。其中,能力认知对果蔬农户质量安全控制行为的影响最为显著。提升果蔬农户质量安全控制意识和技能,创造良好社会舆论氛围,加大政府资金和技术扶持,有助于激励果蔬农户实施质量安全控制行为。

关节型果蔬采摘机械臂优化设计与试验

针对现有采摘机械臂存在的问题,研制了四自由度的关节型果蔬采摘机械臂。为使机械臂能够灵活高效地收获目标空间果实,同时尽量减少机械臂的操作空间和结构尺寸,提出了一种应用于采摘空间为任意立方体,通用的关节型机械臂结构参数优化方法:以工作空间为约束条件,建立优化设计的数学模型,并利用Matlab优化工具箱来实现。为验证优化方法的合理性,以温室环境下黄瓜采摘作业为例,对研制的采摘机械臂进行了结构参数优化;并对优化后的机械臂进行了运动规划试验。结果表明:优化后的机械臂能包容黄瓜采摘所要求的全部目标空间,并能到达目标空间的极限点和其他采摘点,在x、y、z方向上的最大定位误差分别为:4.3、5.6、6.8 mm,基本能满足黄瓜采摘作业的要求。

果树科技观光园规划设计之理论研究

在查阅和分析国内外相关资料的基础上,借鉴、吸收已有的思想理论成果,对景观生态学、植物造景原理、休闲游憩理论、农业的美学设计理论进行了阐述和归纳总结,旨在将各理论融入到果树科技观光园的规划设计中并有所创新,以期为形成一套科学严谨、求真务实的规划设计方法而奠定基础。

果实成熟度识别机器人设计——基于近红外线信号处理

为了提高采摘机器人自动识别果实成熟度的智能化水平,提高果实识别的准确性,实现机器人自主定位和自动规划路径能力,设计了一种新的自动化采摘机器人。该机器人利用图像分割技术和近红外信号处理技术,实现了果实成熟度的自动定位和判别。对采摘机器人的性能进行了测试,包括苹果图像的分割和提取、果实成熟度的判断和机器人路径规划。通过测试发现:机器人可以在复杂采摘背景下准确地识别苹果果实,并可以通过红外线探测实现果实成熟度的判别,最终规划出来合理的采摘路径,实现果实的精准采摘,为果蔬采摘机器人的研究提供了较有价值的参考。