采摘苹果的作文（精选12篇）
采摘苹果的作文 第1篇
“到湖洋摘葡萄喽!到湖洋摘葡萄喽!”小车载着我们的欢声笑语在蜿蜒的山道盘旋着，一路撒下了我们的童声童趣。
蓝蓝的天，白白的云，苍翠的松柏，争妍斗艳的小野花……车窗外，这美不胜收的景色成了一幅流动的风景画。正当我陶醉其中时，目的地却到了。我连忙跳下车，大自然的新鲜空气立刻扑鼻而来，我贪婪地呼吸着，空气里略带着果子的甜香，真让人沉醉啊!
葡萄园的叔叔热情地迎接我们，把我们这群小机灵鬼分成二队，组成几个小组，每个人分一把锋利的小剪刀，一个红色的水果篮子。我们排着整齐的队伍浩浩荡荡地出发了。我左顾右盼，咦!葡萄种在哪里呀?忽然，一大片覆盖着塑料薄膜的大棚子映入了我们的眼帘，这一个个大棚子就像一个个长方形的蒙古包。哇!这蒙古包里真是别有洞天哟!光是那五颜六色的葡萄腾，什么紫红的，翠绿的，鲜红的，玫瑰色的，淡白色的，乳白色的……这就够你大饱眼福的了。更奇特的是，我想象中的葡萄树都是高耸入云，摘葡萄时都要搭上梯子才能够得着的。没想到，这里的葡萄树个子跟我一般高，这跟我想象中的，真是相差十万八千里远呀!再看看葡萄，哟!葡萄像个害羞的小姑娘，穿着绿色的纱裙，外面还披着一层薄薄的白纱——葡萄外面包着白纸袋，娇羞地藏在葡萄叶哥哥的身后，风儿轻轻一吹，小姑娘更加害羞了，对着我躲躲闪闪的，好像在和我玩捉迷藏的游戏呢!
这时，葡萄园的叔叔眉飞色舞地向我们介绍这里的葡萄：“我们这里的天绿葡萄，大如橄榄，细如珍珠，色如翡翠，艳如玛瑙，味如蜂蜜。”大家听了，更是拍手叫好。我一眼望去，发现了一袋又大又鼓的葡萄，连忙走过去，掀开葡萄姑娘的“白纱”，嗬!一颗颗饱满的葡萄水灵灵的，绿中泛黄，一定很甜哦!真让人垂涎欲滴呀!咦!这葡萄皮上怎么有一层白白的粉末呢?哦，原来，葡萄姑娘也爱化妆呀!真稀奇!我一手托住沉甸甸的葡萄，一手用剪刀对准它的腾，“咔嚓”一声，一串大大的葡萄就落在了我的手里，哈哈，大功告成。我把我的劳动成果美滋滋地放进水果篮里，不一会儿，我的水果篮变成了一座尖尖的`小山哦!
我摘下一颗劳动果实，小心地剥开皮，轻轻地放进嘴里，慢慢地细嚼，果汁立刻浸满我的嘴，果肉鲜嫩爽口，味道美极了。我情不自禁地呤起了小诗：此果只应天上有，人间难得几回尝啊!
采摘苹果的作文 第2篇
随后，我们去了芒果园。芒果像一个个小船在树上荡来荡去，好像说：“快来把我带回家吧!”
之后，我们又来到草莓田和西瓜地。草莓不是生长树上而是生长在土地里，它们从土里到地里好像在捉迷藏玩的可快乐了。西瓜也是生长在土地里，一个个又圆又大的西瓜像小朋友吃饱饭的肚子一样圆鼓鼓的。
然后，我们来到了杏园，成熟的杏子像一个个小士兵日夜守护着杏树园。
小型可升降苹果采摘机的设计 第3篇
果树种植产业是我国农业中的重要产业之一,近几十年来,我国果树种植产业规模和产量有大幅度的增长,其中苹果产量居世界第一位。如果在每年苹果收获季节,由自动化、机械化采摘机代替人工劳作,不仅能够大大提高苹果采摘效率、降低劳动强度、解决劳动力的不足、提高经济效率,还能够改善农业的生产环境、促进我国农业科技进步,加速农业现代化进程。据农业部统计,2008年全国苹果栽培面积和产量为199.22万hm2和2 984.66万t,占全国水果总面积和总产量的18.56%和26.32%,面积和产量均居水果生产的首位。与2007年相比,2008年苹果的面积和产量分别增加3.04万hm2和198.67万t,同比增长了1.55%和7.13%。2010年中国苹果总需求约3 120万t,2015年苹果总需求达到约3 370万t。但目前苹果收获主要由人工不定时对果实进行成熟度判断和采摘,劳动强度大、消耗时间长,具有一定危险性。随着苹果种植园生产的扩大,规模化、多样化、精确化、时令需求以及农民外出打工增多等因素使劳动力不足的现象越来越明显,人们自然不断地对农业机械提出新的要求,于是果园收获作业机械化、自动化成为广大果农们最为关注的热点问题,采摘机器人便应运而生[1]。一般苹果在采摘收获的基本受力原理主要有拉伸、弯曲、剪切、折断、撞击以及下落冲击等。研究表明,由于苹果果柄具有韧性大、易剪断、位置高低不定等特点,为保护果树枝干不受较大损坏,且苹果收获时不受或少受撞击损伤,苹果采摘机一般由底座支撑机构、伸缩机构、剪切机构、缓冲机构、装运机构和可移动机构等组成。
苹果采摘机的问世,有望改变传统的劳动方式,改善农民的生活劳动状态。为此,本文针对我国苹果种植的情况以及规模,果树的区域生长特点,考虑到使用者(果农)的经济情况和文化水平,设计出一种高效率、低成本、操作简单的设计方案,满足了广大果农的需求。
1 苹果采摘机的总体结构设计
苹果采摘机的总体结构主要包括切割机构、伸缩机构、果实安全传输机构、运输行走机构和果实识别与定位机构,其设计原理方案及主要部件构成如表1所示。
2 切割机构设计
2.1 切割机构的设计方案
从国内外的研究成果来看,对于果柄的打断,基本上采用以下两种方式:
1)利用手腕的旋转和周转关节在执行器抓牢果实后拧断果柄;
2)利用切刀或者电极直接切断果柄[2]。
第1种方法对于果柄易断的果蔬较为实用(如西红柿的采摘),但对于果柄柔韧性比较高的果蔬则采摘成功率较低;末端执行器需要比较大的操作空间,从而难于避障。而第2种方法首先对果柄的方位要做出精确的检测,同时手腕要有必要的自由度。根据果柄的方位,由手腕调整末端执行器的采摘姿态后,切刀才能精准地切断果柄。这虽然可以提高采摘的成功率,但采摘效率相应降低,同时增加了机器人结构和控制的复杂性,成本较高。针对这两种切断果柄的不足之处,结合采摘苹果的具体实际,研究设计了3个方案。
2.1.1 直流电机旋转切割研究方案
直流电机旋转切割机构包括:直流电机、微璎蜗轮蜗杆减速器、钢丝绕盘、钢丝、下软管架、弹性软管、上软管架、刀架、刀架转轮、转盘轴和楔形刀片等,如图1所示。该装置采用直流电机作为动力源,利用软管和钢丝传动,驱动刀片通过转盘轴绕手指外廓做近l周的旋转,以切割位于手指周向上任意位置的苹果柄。这样省掉了检测果柄方位和调整末端执行器位姿的复杂过程,提高了采摘效率。同时,刀片设计成楔形,使得在切割过程中果柄与刀刃有滑动,更易切断果柄,保证了采摘的成功率。
1.楔形刀片 2.转盘轴 3.刀架转轮 4.刀架 5.上软管架 6.弹性软管 7.下软管架 8.钢丝 9.钢丝绕盘 10.微璎蜗轮蜗杆减速器 11.直流电机
2.1.2 电磁原理切割研究方案
电磁原理切割机构包括交流电机、磁性剪刀、电池电源、开关和导线等。利用电磁原理,通过改变电路正负极方向改变剪刀两端磁性实现切割。例如,左边剪刀定为S级,开始右边为S级,同性相斥,剪刀为打开状态;然后通电改变右边剪刀磁性,使其变为N级,异性相吸,剪刀为闭合状态,从而实现切割。
2.1.3 机械机构设计原理切割研究方案
本机构包括:圆锥螺旋压缩弹簧、剪刀、剪刀连接销、小拉杆、拉杆连接销、纵向拉杆、钢丝绳、钢丝绳、拉片、螺母、连杆和拉杆。利用平面四连杆机构和简单机械机构设计达到切割目的,如图2和图3所示。
1.圆锥螺旋压缩弹簧 2.剪刀 3.剪刀连接销 4.小拉杆 5.拉杆连接销 6.纵向拉杆 7.钢丝绳
1.钢丝绳 2.拉片 3.螺母 4.连杆 5.拉杆
该机构利用瞬间拉动拉杆,通过连杆拉动钢丝绳,纵向拉杆向后,两个小拉杆角度变小,使得剪刀柄角度变小;然后弹簧收紧,剪刀闭合实现切割。当切割完毕后,弹簧收缩,剪刀打开,剪刀柄、小拉杆角度恢复,钢丝绳、拉杆自动恢复原状。
以上3种方法中:方法1用到了直流电机和蜗轮蜗杆减速器,而且结构复杂,用于小型的采摘装置不合适;方法2结构较简单,设计也合理,不足的是需要电池或者电机,不好实现控制;方法3结构简单,设计合理,直接利用人工就可以实现简单操作。所以,本设计拟用方法,3的切割机构设计。
2.2 切割机构的分析计算及其论证
依据机械机构原理设计切割机构,以下是通过计算分析对切割机构的一些可行性论证。剪刀剪断果枝的可行性论证:
苹果枝半径为1.5mm,剪刀末端切割苹果枝时,角度为40°,其受力分析如图4所示。
剪刀剪断果枝用F2=10N的力,两角度可近看做60°。根据图中剪切力受力分析可得
F=2F1cos20° (1)
F2=F1sin20° (2)
F=2F2/tan20°=55N (3)
通过上述分析可以得出,当剪刀与苹果果柄相切时,需要的拉力为55N。而拉动拉杆使其达到切割目的的力是瞬间力,比这个力大得多,所以剪刀可以剪断果枝。
3 伸缩机构设计
3.1 可伸缩机构的设计方案
伸缩机构即伸缩杆,主要起支撑剪切机构并根据苹果位置自由上下伸缩升降作用的。主要部件构成如图5所示。
3.2 可伸缩机构的分析计算及其论证
苹果树最高为4m[3]。所以,可伸缩杆总长为3m,再加上果农的身高,采摘高度足够。其中,可伸缩杆外杆为2m,内杆为1m,内杆可自由伸缩,所以此伸缩杆长度变动范围为2～3m,可见能够满足采摘要求。
可伸缩机构中,锁紧开关部位存在应力,需要计算该部位应力值,以便在使用时安全、可靠。
锁紧部位应力计算如下:
杆件上连接部分(剪刀、网兜及其连接件)的质量约为1kg,果农进行采摘时,杆与水平夹角为80°。受力图如图6所示。
1.外杆 2.外杆剪断部 3.螺纹锁紧装置 4.螺纹 5.内杆
从图6中可得杆所受剪切力为
F1=Fsin10°=1.7N (4)
F2=Fcos10°= 9.8N (5)
剪切应力σ为[4]
undefined2.4MPa (6)
通过计算可以看出剪切应力很小。而伸缩杆采用LY12材料。该材料是铝—铜—镁合金系中的典型硬铝合金,其成份比较合理,综合性能较好[5]。合金杆的许用应力为370MPa,而其所受剪切应力为2.4MPa,远小于合金杆许用应力,因此伸缩杆结构、强度完全符合要求。
由图6可得延杆受向下的力F2为9.8N,而螺纹锁紧装置的锁紧力可达500N,所以其完全可达到锁紧目的。
4 安全传输机构设计方案
根据苹果大小及下落安全、结构简单、安装使用方便等要求,设计安全传输机构如图7所示。
1.剪刀 2.铁圈 3.网兜 4.撑杆 5.柔性布筒 6.布筒支架
撑杆的端部固定设置有铁圈,铁圈直径15cm,足够苹果落入。铁圈上设有网兜,网兜的下端与柔性布筒相通,柔性布筒通过布筒支架固定在撑杆上。柔性布筒采用柔性带,可收缩,带有弹性,而且柔软有张力,内安装有弹性网,可以使果实下落时减速,不会伤果。布筒可以直接连到苹果筐内,其结构简单,使用方便,有利于降低劳动强度,减少人力消耗,提高工作效率,保障人身安全。
柔性带有如下优点:
1)抗拉能力强。高强抗拉力,可承受0.5～8.5t的拉力。
2)高抗冲击性能。由于它的延展性和变形后的回复性,聚酯打包带可以比钢带更好地吸收冲击能量,并且在货物收缩或膨胀后不会变松。
3)接扣强度高。该捆扎带的特色是连接钢扣,是一种最牢固的连接方式,并且可以重复收紧;在某些应用中,打包扣可以重复使用。
4)使用安全。它质量小并且柔软,当它被剪断时也不会弹开,伤及使用者;因为其质地柔软,没有尖锐的边角,用过的带子也非常容易处理。
5)不伤产品。柔韧的质地可以保护产品的表面免受划伤。
6)不生锈不变质。能经得住各种气候条件的变化,不生锈不变质,不会污染产品。
7)节约成本。磨损很小,维修费用低。
5 运送行走机构
由于果实生长的植株是固定的,所以小型苹果采摘机在采摘果实时通过运送行走机构移动,配合采摘苹果。可移动式苹果采摘机的行走机构方案一般有3种:车轮式、履带式和人形结构。其中,车轮式应用最广泛。车轮式的行走机构转弯半径小,转向灵活,但轮式的结构对于松软的地面适应性较差,会影响切割机构的精度。而履带式的行走机构对地面的适应性较好,但因其转弯半径过大,转向不灵活。目前只有葡萄采摘机器人使用履带式行走机构。日本Ogasawara等人尝试将人形机器人引入到移动式采摘机器人中,但这种技术目前还不成熟,有待进一步的研制开发。采用智能导航技术的无人驾驶自主式小车是智能采摘机器人行走部分的发展趋势[6]。
6 果实识别和定位机构
果实的识别和定位是果实采摘机器人的难点,同时识别和定位的准确性关系到采摘机器人工作效率。实现机器人对果实的采摘,最关键的是要获得果实在空间的准确位置,从而为机械手提供精确的空间位置参数。
机器视觉技术最早起源于1968年,美国学者Schertz和Brown提出用光信号对果实检测,即用果实和叶子在电磁光谱的可见光和红外区域反射率不同检测水果的思想,后来的研究大多遵循这种思想。1977年,Parrish和Goksel根据这种想法建立了一个较为实用的苹果识别系统视觉系统[7,8,9]。
目前的采摘机器人视觉系统在环境比较规则的情况下能取得比较好的效果,但在自然环境下的应用仍需要进一步的研究。这需要研究出合适、有效、快速的算法,将果实分辨出来。在目前这种技术还不是很成熟的情况下,可以采用人工辅助选择目标和定位。
7 结论
小型可升降苹果采摘机设计机构简单、使用方便、成本低廉,非常适合果园种植面积大、劳动人力不足的广大农村,大大降低农民在集中收获苹果时的劳动强度。随着科技发展以及各种智能器件制作工艺的提高,小型可升降苹果采摘机在使用中还将不断改进,逐步增加自动化、可视化和避障化等功能。
摘要：针对农村果园收获作业急需机械化、自动化设备的现状,设计研制了一种小型可升降苹果采摘机。该机具有机构简单、使用方便、成本低廉等特点。同时,主要介绍了小型可升降苹果采摘机的设计方案、工作原理、结构特点、主要技术参数以及方案分析论证等。
关键词：苹果,可升降,采摘机
参考文献
[1]柳洪,宋伟刚.机器人技术基础[M].北京:冶金出版社,2002:36-149.
[2]徐丽明,张铁中.果蔬果实收获机器人的研究现状及关键问题和对策[J].农业工程学报,2004(5):10-19.
[3]HAYASHI S,GANNO K,ISHII Y.Machine vision algorithmof plant recognition forrobotic harvesting[J].JSHITA,2002(12):55-63.
[4]陆怀民.林木球果采摘机器人设计与试验[J].农业机械学报,2001(11):22-28.
[5]冈本嗣男.生物农业智能机器人[J].北京:科学技术文献出版社,1994:15-210.
吉县苹果采摘园方兴未艾 第4篇
目前，山西省吉县苹果种植面积已达2万公顷，具有苹果最佳的优生环境，已开发有富锌、富硒、SOD等功能型和艺术型苹果，含有人体所需的多种微量元素和矿物质，苹果种植已实现了“五个”80%，即：苹果种植面积占耕地总面积的84.8%，82.3%的行政村全部为“一村一品”苹果专业村，从事苹果生产的农户占总户数的82.1%，果业产值占农业总产值的80%以上，果农人均果品收入占农民人均纯收入的80%以上。
以往，果农都是把成熟的苹果自己采摘下来，经过选果、分级、装车等程序，然后送到苹果冷藏气调库贮藏等待时机销售或直接卖到收购商手中，苹果价钱由收购商说了算。不仅费时、费力，还流失好多经济效益。现在，通过发展苹果观光园采摘游项目，不仅丰富了来黄河壶口瀑布旅游的内涵，而且拓宽了旅游框架，更重要的是为果农省去了大量采摘苹果的人力、物力，还能增加收入，一举多得。
如今，每到节假日期间，慕名前来观光、采摘、旅游的省内外游客络绎不绝，甚至经常出现一房难求、一餐难求、一园难求的情况。旅游与苹果，在吉县县委、县政府的精心策划下，就这样结合到一起。苹果采摘游的带动，使吉县的旅游市场分外红火。
秋天采摘的作文 第5篇
车还没停稳，远远地看见大风车在水田里慢慢地转动;小野鸭在水塘里欢乐地游泳;梨花、桃花正在怒放，放眼望去，一片洁白，一片粉红，相互辉映;樱桃树上结满了半青半红的小樱桃，桑树上结满了紫色的果子，像一个个晶莹剔透的大宝石;路边的野菜清新可爱，微熏的风中散发着诱人的香味，我十分激动，到处乱跑，左拔拔，右摘摘，东掐掐、西拧拧，只听妈妈在后面喊：“小家伙，小家伙，野菜不能连根拔起呀!得让它们春风吹又生呀!”我唱着欢快的歌，带着野菜的香气，尝着酸酸的樱桃，嚼着苦涩的桑葚，一路逗猫惹狗，终于来到“草莓基地”。
一行行的田埂旁，茂密的绿叶透过阳光的照射，露出了草莓可爱的笑脸。我兴奋地对爸爸妈妈说：“爸爸，腰不好，妈妈，你怕晒。今天，就让我自己去摘草莓，你们俩就在这去喝老荫荼，等着我胜利的消息吧!”妈妈说“记住，千万不能摘下来就吃哦!上面是有浓药的!”我笑着对妈妈说：“妈妈，昨天我悄悄上网查了的，采摘草莓时还要注意草莓形状规整自然，颜色两面通红!”我刚说完，就跳下地，开始摘取草莓。
我站在田埂上，弯下腰，心惊胆战地走着，生怕踩坏了那个草莓。火辣辣的太阳晒在背上，豆大的汗珠往下掉，我精心挑选着，先把正面红色的草莓连同茎转一面看一看，背面是不是也是红色的。再检查草莓形状是否自然，最后轻轻地从茎的最底端将草莓摘下，轻摘轻放。不一会儿，我的盆里装满了草莓。
我端起草莓，一路小跑，呼喊着：“爸爸、妈妈，草莓来了!”经过冲洗，我和爸爸，妈妈在农家乐园品尝着我摘的草莓，看着爸爸妈妈吃草莓的样子，我的腰也不酸了，我的腿也不麻了，一切疼痛都减轻了。
这次采摘活动让我明白了一个道理：任何事都有任何事的学问，如果不掌握技巧，任何事都会搞砸。生活就是一个大课堂，只要用心实践，就会得到真知!
秋天采摘的作文 第6篇
到达目的地，远远望去一片果木充满勃勃生机。来到苹果园我素不知苹果树并非我想像的高大，大概为了便于人们采摘都十分矮，绿荫中挂满诱人的苹果，最大的如爸爸的拳头，最小的就像核桃一般。我们当然抢先摘大苹果了。我一边准备出塑料袋，一边挑苹果，先看看成色，一会就眼花缭乱了。猛然间，我看见一个又大又红的苹果。可是它高高挂在树梢上，我只好过去试一下，我马上跑过去，翘起脚尖，抬起头，伸长了手臂，眼睛一直盯着那个大苹果，可仍然没法摘到，于是我跑过去，找导游姐姐借了旗子，我举起旗子，轻轻一敲，红红的苹果就掉在了我的怀里。我可高兴了，周围的同学也向我投来羡慕之光。我连摘了两个苹果，还算有收获吧。后来听了老农介绍，才知道摘苹果也是有学问的。原来采摘时要先往上托一下，然后轻轻往下一拉，苹果就乖乖掉下来了。这样不但不会影响其它苹果，也不会破坏树木本身。学了这一招采摘就顺利多了。
在苹果园已经大获全胜，而后我们又向玉米林进军了。来到玉米地，导游姐姐告诉我们玉米的叶子容易扎手，强调要注意安全。我们仿佛置身在青纱帐中，玉米林又高又密。看到了参差不齐的玉米，我的口水都要流下来了，我找了两个玉米，可是都太小了，看到了别的同学都摘了好大的玉米，真有点眼谗。可是想摘到大玉米就要潜入玉米林的深处。想到导游姐姐说过的话，心里有点儿害怕，但还是决定去摘大玉米。我和几个同学来到玉米林的深处，有好多大玉米，令人垂涎三尺，我们连摘下了三个大玉米。这时，太阳已升得老高了，我们陆续回到了集合地点。
采摘草莓的作文 第7篇
来到种着草莓的大棚里，只见里面是一畦畦的，在绿叶丛中能看到一个个红得快要滴血的草莓。馋得我呀，口水都快流成河啦！我迫不及待地脱掉了自己的外套和马夹，拿了一个老板递来的篮子，哼着小曲儿一蹦一跳地进了草莓地。一开始，我先采了一个大大的草莓，向妈妈挥动着我采的第一个草莓，嘴里大声喊着“妈妈你看，这是我的第一个‘战利品’，你瞧，多大呀！快给我拍下来！”妈妈急忙取起手机，将画面定格。一路向前，我只要看到大草莓就拧，也不管它是否有柄，十分用力，为此我毁了好几个又红又大的牛奶草莓，心疼不已！后来，热心的老板走了过来，向我伸出了援手：“小妹妹，你别急，像叔叔这样，轻轻地转两圈，这样就行了！既不会弄伤草莓，又不会使你的手受伤。”“嗯嗯，我懂了，你看。”我立刻俯下身去，轻轻地拨动了一个草莓，几秒钟后，它就真的乖乖的掉了下来。之后，妈妈又对我说：“妞妞，这种牛奶草莓最好挑小的采，比较好吃。”一听好吃二字，我更带劲了，但还是得小心翼翼地采。不一会儿，篮子里便装得满满当当的，我仍意犹未尽，直到最后，妈妈催我：“宝贝，快来呀，结账了！”我才慢慢地走出大棚。
结账时，好心的老板还送了我两个草莓，更是让我开心不已。
新型苹果采摘机器人的设计与试验 第8篇
20 世纪中后期,许多发达国家就开始研究苹果采摘机器人[6—10]。例如,日本东京都大学Kondo等人[7]研制了采摘成功率高达70% 的番茄采摘机器人。英国Silsoe研究所成功研制出一种蘑菇采摘机器人[10],采摘速度约7 s,成功率约75% 。
我国在采摘机器人领域的研究起步较晚,但投入大、发展快。中国农业大学刘兆祥等人研究三维视觉传感器的设计[11]。江苏大学季玮等人采用基于支持向量机的方法,开展了果蔬识别和定位的研究[12]。湖南大学王耀南等人采用神经网络等方法开展了多维度机械臂控制算法的研究[13,14]。纵观国内外采摘机器人方面的研究现状,现有的采摘机器人普遍存在如下缺点: 1采摘周期过长; 2制造和维护成本过高; 3遮挡果蔬识别以及采摘成功率不高。
本文研制了一款快速采摘苹果的移动机器人,将柔性机械臂控制、视觉识别、四轮驱动与远程控制等技术融为一体。
其中的大部分技术都较为成熟,而本文创新地整合各项技术,提出全套系统的设计方案,尝试研制具有实用性的果蔬采摘机器人,旨在克服采摘周期过长和采摘成功率低等问题。
1 系统整体设计方案
通过对苹果园的实地考察,目前流行的苹果种植模式如图1 所示: 苹果树呈队列种植,苹果主要集中在10 ~180 cm的高度范围,且在空间中呈无规则分布; 位于果园之间的过道为一般草地,这些过道共有的特点是: 不平整、杂草多、宽度有限。基于果园的基本情况,本文所设计的采摘机器人需克服如下问题:
( 1) 枝叶或是果实相互遮挡导致难以获取采摘目标的三维位置;
(2)树枝遮挡或果实靠得过近导致无法采摘;
(3)采摘周期过长。
针对以上问题,提出一种基于双目视觉的苹果采摘机器人的解决方案。系统的工作原理如图2 所示,系统整体分为三部分: 机器人主体、远程PC端、无线便携式遥控端,其中: 机器人主体主要由四大部分组成: 移动平台、双目视觉系统、机械臂及采摘手;远程PC端目的是便于通过PC端上位机对机器人操控工作参数进行调整,基于Wi-Fi的通讯模式,网络构建简便,经济且稳定可靠; 便携式遥控采用nRF24L01 模块作为通讯桥梁,以便果农在必要的情况下实时对机器人进行操控。
系统的工作流程如下: 当整个装置初始化完成后,视觉系统的两部CCD相机分别采集图像,通过图像分析处理,检测并识别机械手前方红苹果。若视觉系统发现红苹果,则计算出苹果所处的空间位置坐标,并将得到的三维坐标传递到机械手控制端,开始执行采摘工作; 如果机械手无法到达该位置,移动平台将根据目标苹果的位置做适当调整,直到果实的坐标位置在机械手采摘范围内。所述的调整,是一个闭环控制环节,通过连续地视觉判断,以及移动平台的调整,直到使得目标苹果相对于机械手的坐标满足采摘条件,若机器人通过前进后退仍然不能满足采摘,则放弃采摘,调整的过程中,机器人不改变横向位置,以确保沿着磁导航带运动。若视觉系统检测到有多个苹果满足采摘条件,则距离装置最近的苹果将优先被采摘,再依次采摘剩下中的距离最近的苹果,采摘到的苹果放置于移动平台前端的篮子里。机器人能够一次采摘完一列苹果树,期间以100 cm的步伐在果园过道中移动。当达到预设路程时,系统进入待机。机器人工作期间,果园工作人员可以通过PC端远程监控机器人的运行状态,以及必要时对机器人的工作参数进行更改。
2 整体结构设计
2. 1 四轮驱动移动平台的设计
根据果园过道较为崎岖的特点,移动平台应具备优良的越野性能,具体设计方案如图3 所示。
若要满足移动平台的越野性能,可采取履带式或四轮驱动式作为驱动模式,考虑到四轮式较于履带式更便于维护,则以四轮驱动模式进行设计。
每个轮子由单独的伺服电机驱动,每个电机带有型号为PE060-035-14-50 的减速器,减速器的减速比为35,以及线数为2 000 的编码器。通过差速的模式控制机器人转弯,同时依靠编码器反馈及时控制移动平台的姿态。
为防止移动平台前行时误撞障碍,移动平台前端装载一台型号为URG-04LX-UG01 的激光测距仪,当检测到移动平台前段50 cm处存在障碍物时,该仪器将立即向PC控制中心反馈遇障信号,并制动移动平台和发出警报。
移动平台使用锂电池作为其能源,通过不同的电源处理器对各部位实施供电,如移动平台的嵌入式控制器及激光避障模块需5 V电源,而轮子的伺服电机需48 V直流电源,机器臂伺服电机则是24 V。
2. 2 四自由度柔性机械臂的设计
为使得机械臂灵活伸缩以达到良好的运动性能,机器人采用四维度柔性机械手设计。末端的采摘手实际为气动铡刀,采摘时铡刀剪断果柄并且夹住剪断的果柄,再将苹果运送至果篮。机械臂及采摘手结构如图4 所示。机械臂总长度130 cm,底座距离地面高度为80 cm,机械臂的采摘半径约为1m,在高度和空间深度上基本满足采摘要求。
尽管采摘苹果的末端执行器最后的触点坐标允许误差为2 cm,然而为达到高精度机械臂的运动轨迹和提高采摘成功率,选取谐波减速器作为机械臂的关节传动器。
机械臂的第一关节和第二关节采用型号为RE40-150-24 的电机,减速器型号为GP42C,编码器为MR256。第三和第四关节采用型号为RE35-90-24 的电机,减速器为GP32-C,编码器为HEDS 5540。
3 双目视觉系统工作原理
双目视觉系统采用两台CCD摄像机并通过视频采集卡连接至PC控制中心构成。其功能是识别成熟苹果且准确获取苹果的位置。本部分主要介绍双目视觉系统的程序处理过程和视觉定位的基本原理。
3. 1 图像预处理
成熟的红苹果的突出特点是其整体近似红色圆球,机器人的识别方案正基于此特点进行识别机制的设计。图5 所示为识别及定位的程序流程图,其中识别部分包括图像预处理和完成校对两部分,先由采集图像进行预处理再进行校对,若校对成功则求解出三维坐标,若失败则返回至获取图像,重新采集图像。
1为第四关节,2为第四关节电机,3为第三关节臂,4为第三关节,5为第三关节电机,6为第一关节,7为底座,8为第一关节臂,9为第二关节,10为第二关节电机,11为第二关节臂,12为第四关节臂,13为采摘手气腔,14为铡刀
摄像机获取到图片之后,首先要进行图像预处理。在果园环境下,成熟苹果的红色较于枝干的灰色及叶子的绿色都有着明显的区分度。图像预处理核心的步骤是采用基于2R - G - B的OTSU分割算法对图像阈值分割[15]。再通过适度腐蚀以滤除红色微小色域的影响,和膨胀以对红色较大区域的适度还原。外形校对主要是获取图像预处理得到的二值图像中的红色区域块的轮廓,若图像中有多个苹果,则可得到多个苹果的轮廓。为了得到目标点,最后采用Hough圆变换[16,17]将上一步骤得到的轮廓拟合为一个圆,求得圆心及半径。圆心则作为求取苹果距离的参考点。接着机器人采用Essential矩阵根据公式:
确定另一幅照片中的匹配点。公式( 1) 中,E为归一化后的基本矩阵,也叫本质矩阵,给定一个目标点P ,Pl为点P相对于左相机光心Ol的观察位置,Pr为相对于右相机光心Or的观察位置。
图像预处理后得到的效果图如图6 所示,由于环境光等因素的干扰,导致得到的苹果的轮廓出现不规则形状,通过Hough圆变换对果实图像做拟合运算,取结果中的圆心作为匹配点。当图像中出现多个图像符合定位要求,则距离最近者先被采摘。
3. 2 双目测距的基本原理
对于采摘机器人,确定采摘对象的三维位置是采摘工作中极其重要的一个环节[18]。通常情况下,在一张图片中,若是确定一个目标点的二维坐标并不困难,而难点在于要确定目标的深度。因为物体的大小和远近有关,其表面的反光强度和光环境有关,由这些物理量都难以准确求出目标的深度值。科学家通过针对人眼的研究,提出多角度摄像,综合分析出目标的三维信息的方法。通用的方法有使用一个摄像机多个位置测量,或多个摄像机同时测量。本文设计的机器人采用两个摄像机同时测量的方案,即采用双目视觉测量,对摄像机立体标定和机器人手眼标定后,机器人能够准确摘到苹果。
由图7 可知,距离人眼越远的点,在人眼中的成像点越靠近内侧,如a点最远,则a点像点最靠内侧。由于人眼的相对距离不变,且左眼和右眼对应像点的距离和所测距离成比例关系,根据相似三角形的关系,可以求出对应点相对于人眼的距离。
由图8 不难得出如下等式:
由式( 2) 得知,定义xl- xr为视差d,由于f和T为常数,则视差d与深度Z成反比关系。由于三角形的面积公式可知,若T和Z保持不变,则三角形△POlOr的面积不变,那么由相似三角形的关系可知同一深度下视差一样,也就是图8 中P点水平移动时不改变d的值。因此只要采用笛卡尔坐标表示,就能求得P点的深度坐标。
4 控制系统的设计
4. 1 硬件设计
果蔬采摘机器人为一机构复杂的电气及机械系统,图9 所示,机器人控制系统主要由上位机控制器PC控制中心以及多个下位机组成,下位机包括移动平台控制器、机械臂控制器、远程控制接口、蔽障报警控制器等。
上位机控制器为图9 中的PC控制中心。PC控制中心实际是一台工控PC机,其CPU为Core i5,主频2. 5 G,内存4 G。控制中心主要通过CAN总线与下位机的移动平台控制器和机械臂控制器通信,通过USB接口与双目视觉系统的视频采集卡通信,采用NRF2401 与远程遥控接收器通信。另外,控制中心可通过Wi-Fi接口在其他PC机上登陆实现多方式控制机器人运行。机械臂控制器的功能主要是通过控制电机运行以控制机械臂按照规划的轨迹运动,并通过RS232 控制气阀以控制采摘手闭合与张开。移动平台控制器的功能主要是通过控制轮子电机驱动移动平台调整机器人位置,以及控制避障报警模块和磁导航传感器等。
4. 2 软件设计
机器人的软件设计主要包括PC控制中心上位机控制软件、移动平台控制器程序设计、机械臂及采摘手程序设计以及遥控器程序设计。核心的控制程序开发于VC ++ 环境下,而下位机由于是多块嵌入式系统控制板,采用了不同的微控制器,故而下位机程序分别由keil4-MDK、IAR、keil4-51 编译。由于主要算法均在控制中心完成,而下位机程序主要为硬件驱动程序。本部分主要介绍控制中心上位机软件的设计。整体的程序流程图如图10 所示,远程人机控制界面如图11 所示。
上位机程序流程简述如下:
( 1) 工控机开机以及初始化各个设备;
( 2) 检测机械臂初始状态是否为复位状态,主要是初始化相关控制器的参数,以保证准确控制机械臂运动;
( 3) 通过双目摄像机获取苹果图像,并对照片进行预处理;
( 4) 分别判断左右相机获取的照片中是否存在成熟苹果,若是没有,机器人前行100 cm,再次获取图像进行检索;
( 5) 若上一步骤检测到图片中存在成熟苹果,则获取苹果三维坐标,否则机器人再前行100 cm,再从第三步动作开始执行;
( 6) 将所有获取到的三维坐标保存,并以距离最近的果实作为目标规划机械臂路径。若机械臂无法到达相应位置,则放弃并转而规划下一个果实的采摘路径;
( 7) 机械臂按照规划的路径运动至果柄处,并执行采摘和将果实按照原路线回收至果篮;
( 8) 如果历遍完摄像中所有的果实,那么机器人前行100 cm,跳至第三步开始执行。如果机器人到预设节点则说明采摘完毕,机器人进入待机模式,并发出停止作业的警报。
5 机械臂的路径规划
机械臂的路径规划考虑两点: 1避开障碍物,提高采摘成功率[19—21]; 2机械臂的动作要显得顺滑、美观。由于机械臂运动空间并不大,若考虑最短路径以缩短采摘周期作为最优路径的标准反而会触碰障碍物而影响采摘成功率。为了避开障碍物,采用探入式的采摘方式,避免机械臂横向运行时打到其他苹果或是树枝。机械臂的路径规划图如图12 所示,a点与p点相距30 cm,机器人首先将采摘手运动至a点,然后控制采摘手平行伸至p点,并执行采摘。采摘到果实后,机械臂按原路径将果实运行至果篮,以避免果实撞到障碍物而损坏。在机械臂运动至a点这个过程中,机械臂多个关节协调运动,以同时运动至规划节点。机械臂由d点运动经由c点、b点到a点及其逆过程都采用PTP圆弧插补的方式运动,由a点到p点的运动过程采用PTP直线插补的方式运动。
6 采摘试验与结果分析
6. 1 试验目的
试验的目的包括移动平台越野性能的测试、双目视觉系统测试、机械臂采摘测试。其中越野性能测试内容是考核机器人能否越过一定高度的障碍物; 双目视觉系统的测试则是通过多次识别定位试验,测定其能否准确识别成熟苹果; 采摘测试则是在准确识别苹果的基础上是否能够成功采摘。视觉系统和机械手的性能是通过不同光环境来测试分析得出。最后得出不同光环境下系统对成熟苹果的识别成功率及识别速度、采摘成功率及采摘速度。
6. 2 试验条件及效果
通过模拟苹果园环境,改变室内光强产生不同的光环境对视觉系统进行测试。视觉系统对成熟苹果识别定位的效果如图13 所示,采摘试验效果如图14 所示,具体试验数据表1 所示。
6. 3 实验结果分析
机器人视觉检测效果如图13 所示,在苹果被绿叶遮挡面积逐渐增大的情况下,若两个摄像机获取到的遮挡面积约大于苹果横截面积的1 /3,视觉系统能够快速获取到成熟苹果的三维信息; 若其中一个摄像头基本检索不到红色块时,机器人则无法识别出苹果,如图14 中最后一行中,机器人右相机检索到的红色块过小而无法实现定位。
机械臂运动及采摘苹果的过程如图13 所示,机器人采用探入式的采摘方法,能有效避开障碍物完成采摘动作。实验各项数据如表1 所示,在四种不同光强环境下分别对机器人进行实时采摘测试。实验结果表明,机器人识别成熟苹果的速度平均为1. 14 s,单果采摘平均耗时29. 46 s,不难得知识别和采摘时间基本不受光环境影响,而识别成功率受到光环境影响,环境亮度越高,识别成功率越高。在较为阴暗的环境下,识别成功率为84. 33% ,实际果园白天环境下基本不会出现测试中较暗的情况,由此可见机器人的识别性能十分优越。在调试期间,机器人单果采摘的最快速度约20 s,考虑到稳定性以及避免损坏机器人,将其速度设置至29 s左右。另外,机器人采摘稳定性高,平均采摘成功率达到91. 31% ,这意味着基本上识别的苹果都能顺利被采摘。经过反复分析,部分采摘失败的原因为: 1视觉识别时苹果出现晃动导致定位误差偏大; 2机械臂运动时不能做到100% 避开障碍。
7 结论
( 1) 提出了一套基于双目视觉的苹果采摘机器人的设计方案,经测试验证该方案确实可行,较为理想地解决引言提出的问题,具有一定价值意义。
( 2) 采用双目视觉的测量方法,在遮挡不严重的情况下能够有效克服干扰,准确获取到成熟苹果的三维坐标。试验表明苹果的测量成功率受光环境影响,鲁棒性需进一步提高。但由于本文所研制样机的测试光环境较为苛刻,可以认为视觉系统的性能满足实际需求。
( 3) 通过模拟苹果园环境进行采摘实验,四维柔性机械臂能够灵活避开障碍物并通过末端执行器摘取苹果。
( 4) 测试效果虽较为理想,但仍有待克服的问题: 成熟苹果在被叶子遮挡严重的情况下,视觉系统有时无法准确判断; 单个果实的采摘时间主要受限于机械臂的运动时间,缘于机械臂自身质量和灵活性带来的控制难题; 当苹果距离机器人较远时,系统需要调整位置而延长采摘周期,甚至无法采摘。
采摘草莓的作文 第9篇
草莓，它是一种色彩美、果形漂亮而且口感一流的植物。今天，我们小记者到“草莓基地”进行了一场别开生面的摘草莓比赛。
紧张而激烈的比赛终于开始了，我们这组在我这个组长的带领下有条不紊的摘草莓，陈雅文、张宇和林丝雷负责采摘，我负责摆放，可是，没过一会儿，问题就出来了，大家老是只顾着吃，根本不管比赛。陈雅文采的草莓太小了，摆出来不好看；张宇摘的大小不一不好摆；林丝雷的没叶子，摆出来的不美观；而我摆的时候用劲太大，草莓皮都弄破了，这样下去可不行。转念一想，我想了一个好主意，“飞龙队开会啦!”“来啦!”“我们去看看其他队的成绩吧!”“好啊!”“噢。”“行!”来到胜利队的地盘前，我不由大吃一惊，哇，他们队的果实又大又红，看样子就很甜。我的队员们也大吃一惊，“没关系，继续努力吧!”后来经过努力，我们队得到了第4名的好成绩。
今天的收获可真不少啊!
草莓采摘的作文 第10篇
进了草莓大棚，眼前的景象令我们目瞪口呆。诺大的一片大棚里，全都是红绿相间的草莓，再加上那一朵朵的白色小花，实在是太美了！微风吹来，小花轻轻摆动，就像是白色的小蝴蝶在草莓地里翩翩起舞。我和郭舒晨一人领了一个小箱子就开始摘草莓了。一开始，我只要看到草莓就摘，成熟的、未熟的、大的、小的、红的、绿的，一一纳入我的草莓箱。后来，管理草莓园的爷爷叫住了我，说：＂小姑娘，你不能见到草莓就摘，你得学会辨别。要摘那些又大又红的草莓。你看那边有那么多个大红透的草莓，为什么不去摘呢？我不好意思的冲爷爷笑笑并感激的谢过爷爷便朝着那大片成熟地冲去，埋头采摘起来。光摘也不行啊，看看周围的同学都是一边摘一边吃，我也如法炮制。呀，还真甜！我觉得那红红的草莓汁流到我的嘴里简直把我的五脏六腑都甜透了。没过多大会儿我就摘了大半箱草莓，郭舒晨也摘累了，我们便去称了称，都摘了两斤多重。我们决定把自己的这些劳动果实带回去，让爸爸妈妈也一同分享。
走出草莓园，才感觉到腰酸背痛，好累啊！这才想起来，光顾着体验采摘草莓的新鲜劲儿了，弓腰驼背的一个多小时，能不累吗？由此也让我体会到了农民伯伯的辛苦。
难忘的采摘活动作文 第11篇
10月4日这天，秋高气爽，风清云淡。上午9点半，我们一家和妈妈班里的其他5家组成了一个小小的旅行团，自驾车去清丰的顿丘生态园采摘。一路上，我们有说有笑，不一会儿，就到达了目的地。只见那里是一个农家大院，院子里有鸡舍、猴子、和一大片柿子林，两排平房，简简单单的设施，让我感到了纯纯的农家气息。
我们几个小孩一下车，未等拿上工具，就迫不及待，一路小跑，往枣林奔去。枣林里的枣树并不像我原来想像的那么高大，而是矮矮的，但是枣儿却挂满了枝头，你挤我，我挤你，好像争着向人们展示它的饱满。我知道上等的枣，它是青红相间的，于是，我就睁大眼睛，在枣林里穿梭着，寻找着个大味美的枣。啊！找到了！摘一颗放进嘴里细细品尝，好甜啊！就这样，我很快就摘满了一袋子。我把袋子举到妈妈面前，对妈妈说：“妈妈，您看！”妈妈高兴地夸奖道：“呦，摘得可真不少啊！继续努力！”
穿过枣林，便来到了花生地。远远的，看到了老爸在用铁锹挖花生，我便跑过去，要来铁锹，学着爸爸的样子挖了起来。挖了几下，就把花生连根挖了出来，只见根须上结了好几串花生，有大的，有小的，我便把土抖掉，把花生一颗一颗摘下来，放进袋子里，继续挖起来。
挖够了花生，大人们想让我们再感受一下刨红薯的感觉，于是，我们继续往前走，就来到了红薯地。经大人们的指引，我们才知道红薯埋在一道一道的菜畦上，凡是有根的地方，下面一定埋着红薯。我就开始不断地掀开叶子，找下面的根。啊！终于找到啦！我顺藤摸瓜，用手刨开周围的泥土，就发现下面有一个红红的大红薯，我兴奋地大喊：“找到了！”便一边刨土，一边揪住红薯露出来的部分，使劲晃，为的就是使旁边的泥土松动，最后，一使劲，便拔出来了，我好高兴啊！
我们把“战利品”交给大人们，他们把花生煮上，把红薯烤上，我们一边玩一边等待着美味佳肴。噢！花生煮好了，红薯也烤熟了，我们小朋友便一拥而上，津津有味开始品尝我们的“战利品”，这是我们平生吃到的最好吃的花生和红薯了，因为这是我们亲手采摘的。
采摘苹果的作文 第12篇
1 临猗县苹果生产机械化现状
临猗县把果业发展做为一项主导产业来抓, 果品生产的园艺、管理不断走向标准化、规范化, 由原来的粗放型向精细、集约型转变。为了适应全县果业发展的需求, 县农机局从全国多地选择了先进适用的果园机械进行推广, 先后引进便携式苹果采摘机器50台、疏花疏果机2套、苹果套袋机3套、高枝剪1套, CLT12L履带式多功能果园管理机1台, 进行试验推广。
通过农机购置补贴和果园机械化项目的实施, 果园机械化程度不断提高, 临猗的果品生产也基本实现了由传统的手工劳动向机械化生产工艺的转变, 全县从事果品运输的农用三轮车达到6万辆, 有多功能果园管理机、微耕机7 076台, 割草机5 200台, 果实采摘器10 050台, 果园机动喷雾机10 500台, 农用排灌机械达到8 000台 (套) 。
2 苹果采摘机械化的制约因素
2.1 技术落后
目前, 苹果收获都是人工采、摘、回收, 果树高处的苹果采取上树或者踩梯子的方法来收获, 这种采收速度慢、生产效率低, 容易磕碰苹果, 品质受到影响, 进而影响到销售价格。随着农村劳动力成本价格不断攀升, 苹果树种植面积和规模的不断扩大, 广大果农迫切需要改善作业条件, 使用机械来代替人工劳动, 提高生产率, 提升苹果品质。
2.2 采摘机械研发滞后
苹果采摘机械化技术处于初级阶段, 成熟的机械产品不能适应市场需求, 成为制约苹果产业发展的主要障碍。由于苹果品种多, 个体差异较大, 对机械设备提出了较高的要求, 尤其对机械破损率要求更高;大型的机械设备进园和靠近果树都比较困难, 小型机械设备容易被仿造, 生产厂家不愿意投入大量资金来进行技术研发, 因而研发速度十分缓慢。
2.3 资金投入不足
由于苹果采摘机械市场需求大, 各级农机部门也安排了一定的研究推广经费进行扶持, 但投入资金少, 成熟的产品研发不出来。临猗县农机局在2006年就成立了苹果采摘机械化技术研发攻关组, 并引进小型采摘器进行示范推广, 但由于技术不成熟、采摘速度慢等因素, 并没有被广大果农采用。市场上也有个人搞研发, 投入大量资金, 付出多年的心血, 也生产出了样机, 进行了试验示范, 但在资金短缺的压力下, 始终没有成熟的产品投放市场。
3 发展果业机械化的几点建议
3.1 加大联合攻关的资金投入
农机技术推广部门应抓住机遇, 克服困难, 与科研院所、企业联合起来, 共同攻关。多渠道争取资金投入, 把民间资金与项目资金有机地结合起来, 加快研发速度。抓住有市场推广前景、性能稳定的先进机械设备不放, 提升产品性能, 研制出新一代机械设备来投放市场。目前, 临猗县农机局联合卓里机械厂研发的多功能果园管理机正在试验阶段。
3.2 加大苹果生产适用机械的推广力度
针对苹果种植密度大, 果园规模小、较分散的特点, 苹果采摘机械的研发重点应该以小型采摘器为主。近年来, 临猗县农机局重点引进推广了爪式苹果采摘器, 其价格低廉、效益突出, 每小时可采摘苹果300个左右, 有效地解决了果树高处苹果的采摘难题。
3.3 推进苹果采摘机械的社会化服务
果业采摘生产机械化要走以效益为目标、规模化经营、社会化服务的路子。临猗通过股份合作、租赁、承包等多种形式, 引导有条件的农民或农业经纪人组建果业生产机械作业服务队和专业合作社等服务组织, 开展果业生产机械作业的社会化服务, 促进机械化的快速发展。
3.4 做好果业机械的推广服务工作
要调动科研院所和企业的积极性, 开发出适合的机械设备。应引进先进的设备, 进行试验示范, 并逐步推广。做好果园机械技术培训工作, 重点培训机械操作、维护保养、调整维修等方面的技能。加强对操作人员的技术指导, 帮助其尽快熟悉新型果园采摘机械, 确保机械作业的高质量和高效率。
2013年, 临猗县农机局在北景乡西村、东里村、卓里乡卓里村分别举办了新技术现场演示会, 由厂方技术人员、维修人员现场进行培训, 详细讲解果园管理机的使用、维护、保养, 以及参数的调整、常见故障的排除等方面的知识, 培训采用现场授课和实际操作机械的形式, 使广大农民基本掌握了果园管理机的操作方法和要领。