菌菇營養價值高,烹飪做法千奇百樣,市場需求旺盛。蘑菇行業所有的製作過程基本上都實現了自動化,如菇房環境控制、堆肥技術、地毯式收割機、杏鮑菇的制包過程等。但現有的採收工作大多依靠人工逐個採收,效率低下且勞動強度高,一直是困擾著菌菇種植行業的發展難題。
2018年8月24日,在大連世界博覽廣場的舉辦的2018中國專交會“遼寧+智能科技”專場路演活動中,來自南京農業大學的“蘑菇採摘機器人與柔性手爪”項目,吸引了很多人的關注。
“就剩最後‘一公里’蘑菇採摘機器人沒有人做,目前市場上也沒有相類似的產品。人工採摘的勞動強度非常大,菇架高、菇床層數多,工人不僅爬高還要就地晝夜採摘,從事蘑菇採摘的勞動力也不充足。菌菇市場,尤其是高端蘑菇市場,對菌菇的尺寸和外觀品相的要求更高。人工採摘時力度太大容易產生痕跡,影響到蘑菇的售價。”路演現場,該項目負責人介紹道。
應對這樣的市場現狀和採摘難題,南京農業大學帶來的“蘑菇採摘機器人及柔性手爪”項目,很好地解決了蘑菇採摘的這些困擾。
在工廠化規模種植的多層菇床的夾層中,蘑菇採摘機器人以按照蘑菇的尺寸選擇性採摘為特點。在工控機的控制下,升降臺和導軌系統通過驅動步進、直流電機升降至指定菇床並推進夾層中,由導軌系統帶動機械臂遍歷菇床平面區域;與此同時,機械臂末端的視覺系統用3D相機採集菇床圖像,分割菇床背景、識別粘連蘑菇以及測量蘑菇位置和直徑,符合直徑要求的蘑菇位置數據經運動學逆解後發往樹莓派。在樹莓派的控制下,大、小臂通過驅動無刷電機移動至待採摘蘑菇的上方;小臂末端的柔性硅膠手爪內置位置、力傳感器,通過氣動控制模擬人手包絡式無損抓取蘑菇並送入框中。
多感知機器人柔性手爪是一種不同於現有開關量控制技術的新型柔性末端執行器,其抓取部分由單氣源、單氣道控制的高彈性材料製成。多腔體氣動柔性手爪通過測距傳感器、力傳感器,以及氣壓傳感器的正/反向充氣和強度閉環控制,實現手爪位置/抓力的精確控制;可模擬人手包絡式無損抓取不同質量、形狀、大小的物體並能從空腔內部勾起物體,應用於醫藥裝揀、物流搬運、服務行業、IT行業、食品等。
路演人介紹蘑菇採摘機器人要解決三大難點:第一,蘑菇床是多層的,高度只有40釐米,手臂要伸進去的空間非常狹窄;第二,周圍環境非常暗,彩色相機很難識別,土壤裡面的菌絲和蘑菇是一個顏色,彩色相機做不了;第三,蘑菇的菌蓋上有一層粘液,做過很多實驗,許多機械手去採摘發現打滑,摘不下來。蘑菇採摘機器人及柔性手爪的產品優勢可以分為3個方面,第一,使其能夠伸到狹窄的菇床裡去採摘。產品採用的是3D相機,蘑菇菌菌柄的高度至少2釐米,用深度圖像、深度直方圖等信息來進行分割。第二,測量的蘑菇直徑是在世界座標系下精確測量,實現選擇性採摘。第三,柔性手爪抓取了蘑菇以後,蘑菇表面一點痕跡都沒有。經過團隊的不斷努力,2016年簽訂了三方合作協議,預售16臺機器人,2017年12月一代產品問世,目前已經更新至第三代產品,正處於企業聯試,預計明年上半年小試量產。
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