26
欧洲Sweeper甜椒机器人

背景

CROPS是一项大规模整合FP7（7th Framework Programne，欧盟第七框架计划）的欧盟研究项目，主题为纳米材料和新生产技术，用于可持续作物和林业管理的自动化和机器人技术，Sweeper研究项目是CROPS项目的后续项目。

在温室等密闭环境下接受重复性任务的熟练劳动力正在迅速减少，对于高科技大棚，黄瓜、西红柿和辣椒是栽培最多的作物。

甜椒机器人Sweeper解读

1．技术背景

来自四个国家的七名研究人员组成的联盟，开发出的全自动机器人可以在温室中实现无人化甜椒采摘作业，具备感知、识别、判断成熟度等功能，可以实现精准的采摘工作，整个过程高效、安全

2．机器人结构

（1）Sweeper原型

由Fanuc LR Mate 200iD机械臂组成，该机械臂安装在带有剪刀式升降机的自动推车上

（2）机械臂末端采摘器

包含一个切割机构、一个成像系统和一个水果捕捉装置

（3）部件构成

CE（控制箱末端采摘器）、PW（功率逆变器）、CB（控制箱电源和网络）、PC（电脑）、FC（FANUC机器人控制器）和PA（空气压缩机）

（4）控制箱末端采摘器的功能结构

控制箱末端采摘器的功能结构

3．机器人技术

（1）相机

RGB-D相机，可同时报告颜色和成熟度信息。配备超高强度LED闪光灯装置，确保相机在任何情况下拍摄的图像都足够清晰

（2）辣椒成熟度检测

测量水果的颜色（检测区域的平均色调），测量果实的形状特征（周长面积比）

（3）MVTEC HALCON物体检测

● 相机和基于LED定制的闪光灯照明系统可以远距离和近距离采集植物的RGB图像

● 使用HALCON实施基于水果形状和颜色的简明检测算法，扫描采集到的每一张图像，寻找与目标颜色阈值匹配的水果

● 可以筛选已检测到的区域，利用来自相机的深度信息进一步删除错误检测结果，避开不可采摘的作物丛，并可定义采摘的顺序

● 使用从所检测区域提取的深度信息，可以精确计算质点的3D位置，根据分类为待采摘的区域定义采摘顺序

● 机械臂接近目标后，通过视觉伺服控制系统使目标保持在图像中间，直至到达目标

4．工作方式

（1）移动

沿着植物移动，每隔1米左右就会停下来拍摄植物的图像

（2）甄别甜椒

发现某个物体像甜椒，就向其靠近，头部来回转动，从多个角度来检查该物体

（3）采摘甜椒

机器人将头部固定，使采摘臂上的小锯子放在茎杆上方，机械臂会将工具向下移动几厘米，用振动刀从植物主干附近切下甜椒，使其落入铲子中，然后转动铲子将甜椒放入收集篮中

（4）转运甜椒

专业、标准化的转运工具

5．机器人性能

（1）专为单行种植的茄科植物而设计

（2）采摘一个果实的时间不超过24秒

（3）每日工作时长可达20小时，准确率超过60%

6．智能采摘对甜椒种植的要求

温室甜椒种植采用交叉的Y形种植结构，每株植物由三个茎组成。这种Y形种植结构从过道看，每排植物有双排茎，也称为“双排”系统。这样的种植技术既方便智能采摘机器人在地面滑轨上轻松作业，又可以实现产能的最大化

7．场景应用

（1）高科技大棚种植的黄瓜、西红柿和辣椒等

（2）在偏封闭的环境中工作

8．目前待解决的问题点

（1）树叶干扰

如果树叶干扰了图像抓取，机器人不会看到也不会采摘甜椒，会继续抓取下一个检测到的甜椒

（2）人机协同

在机器人接近甜椒时，控制箱末端采摘器的手指或其他部分可能会向前推动目标茎，在这种情况下，切刀无法触及甜椒

国内农业借鉴参考

1．市场规模与应用场景

农业机器人的市场规模将在2025年达到750亿美元。

除了采摘辣椒的，采摘棉花、西红柿、草莓这些经济作物的机器人也在陆续被开发出来，种植户需要结合实际场景选择最适合的工具来提高效率

2．应用价值

对于种植户而言，机器人采摘不仅可以提高采摘效率、降低成本，而且可以减少农作物在采摘过程中的损耗

视频解析

农特（抖音）