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。
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
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
包含一个切割机构、一个成像系统和一个水果捕捉装置
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)
控制箱末端采摘器的功能结构
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
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)
● 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
沿着植物移动,每隔1米左右就会停下来拍摄植物的图像
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
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
专业、标准化的转运工具
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
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
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
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
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
黄刚老师解读
1.农业工业化带来的产能提升:全球十大蔬菜出口国中有七个在欧洲,这是德国《世界出口》杂志2021年报道的。荷兰阿姆斯特丹等地的彩椒温室栽培工厂,通过精确的温度、光照控制系统和灌溉系统,为植物创造最佳的生长条件,彩椒每平方米可产出35千克左右,产量远远超越其他种植技术,这就是农业工业化带来的产能。
2.机器人作业成必然趋势:科技农场正在普及,随之而来的就是生产作业效率和用工成本问题。欧洲本来就用工紧张,在温室这样的环境下,更难招到合适的工人。因此机器人作业成为必然趋势。Sweeper这样的机器人可以完全代替人工,不分白天黑夜地工作。
3.创业机遇:中国的科技农场在未来5年将越来越普及,未来每一个城市周边都会有科技农场。随着城市用工荒的加剧,在未来的科技农业阳光棚里将会出现大量的机器人作业。对于做人工智能机器人研发的企业,建议尽早在农业领域做好相关的探索,这是一个绝佳的机会。
农特(抖音)
视频(2020年8月12日)