菌菇营养价值高,烹饪做法千奇百样,市场需求旺盛。蘑菇行业所有的制作过程基本上都实现了自动化,如菇房环境控制、堆肥技术、地毯式收割机、杏鲍菇的制包过程等。但现有的采收工作大多依靠人工逐个采收,效率低下且劳动强度高,一直是困扰着菌菇种植行业的发展难题。
2018年8月24日,在大连世界博览广场的举办的2018中国专交会“辽宁+智能科技”专场路演活动中,来自南京农业大学的“蘑菇采摘机器人与柔性手爪”项目,吸引了很多人的关注。
“就剩最后‘一公里’蘑菇采摘机器人没有人做,目前市场上也没有相类似的产品。人工采摘的劳动强度非常大,菇架高、菇床层数多,工人不仅爬高还要就地昼夜采摘,从事蘑菇采摘的劳动力也不充足。菌菇市场,尤其是高端蘑菇市场,对菌菇的尺寸和外观品相的要求更高。人工采摘时力度太大容易产生痕迹,影响到蘑菇的售价。”路演现场,该项目负责人介绍道。
应对这样的市场现状和采摘难题,南京农业大学带来的“蘑菇采摘机器人及柔性手爪”项目,很好地解决了蘑菇采摘的这些困扰。
在工厂化规模种植的多层菇床的夹层中,蘑菇采摘机器人以按照蘑菇的尺寸选择性采摘为特点。在工控机的控制下,升降台和导轨系统通过驱动步进、直流电机升降至指定菇床并推进夹层中,由导轨系统带动机械臂遍历菇床平面区域;与此同时,机械臂末端的视觉系统用3D相机采集菇床图像,分割菇床背景、识别粘连蘑菇以及测量蘑菇位置和直径,符合直径要求的蘑菇位置数据经运动学逆解后发往树莓派。在树莓派的控制下,大、小臂通过驱动无刷电机移动至待采摘蘑菇的上方;小臂末端的柔性硅胶手爪内置位置、力传感器,通过气动控制模拟人手包络式无损抓取蘑菇并送入框中。
多感知机器人柔性手爪是一种不同于现有开关量控制技术的新型柔性末端执行器,其抓取部分由单气源、单气道控制的高弹性材料制成。多腔体气动柔性手爪通过测距传感器、力传感器,以及气压传感器的正/反向充气和强度闭环控制,实现手爪位置/抓力的精确控制;可模拟人手包络式无损抓取不同质量、形状、大小的物体并能从空腔内部勾起物体,应用于医药装拣、物流搬运、服务行业、IT行业、食品等。
路演人介绍蘑菇采摘机器人要解决三大难点:第一,蘑菇床是多层的,高度只有40厘米,手臂要伸进去的空间非常狭窄;第二,周围环境非常暗,彩色相机很难识别,土壤里面的菌丝和蘑菇是一个颜色,彩色相机做不了;第三,蘑菇的菌盖上有一层粘液,做过很多实验,许多机械手去采摘发现打滑,摘不下来。蘑菇采摘机器人及柔性手爪的产品优势可以分为3个方面,第一,使其能够伸到狭窄的菇床里去采摘。产品采用的是3D相机,蘑菇菌菌柄的高度至少2厘米,用深度图像、深度直方图等信息来进行分割。第二,测量的蘑菇直径是在世界坐标系下精确测量,实现选择性采摘。第三,柔性手爪抓取了蘑菇以后,蘑菇表面一点痕迹都没有。经过团队的不断努力,2016年签订了三方合作协议,预售16台机器人,2017年12月一代产品问世,目前已经更新至第三代产品,正处于企业联试,预计明年上半年小试量产。
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