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2020OEM機械設計技術研討會云會議
機器視覺

機器視覺|配備Chameleon3相機的機器人,被用來修剪西紅柿的枯葉?

  2020年08月06日  

  西紅柿頂部葉片發黃屬于西紅柿黃化曲葉子病,需要及時做好田園清潔,輪作換茬。清除西紅柿植株葉子是個相對簡單的程序,傳統上一直是人工從植株莖部下段剪除較老的葉子。但對于商業種植西紅柿來說,這個過程需要每周進行一次,以促進西紅柿的成熟。那么,該如何省時省力的完成呢?一起來看看荷蘭的西紅柿種植商與Priva的自動化專家聯手,用現代科技創建新的解決方案!

機器人代替人工

  人工剪除西紅柿枯葉的過程,不僅效率低,而且成本高,目前已經開發和優化了一種機器人,為西紅柿種植商人工除葉提供經濟上可行的替代方案。

  Tomas de Boer博士是Priva負責該系統設計的開發團隊內的電子機械設計工程師,據其表示,Kompano Deleaf-Line機器人沿溫室內各壟的現有管型軌道前進,其中軌道的兩側按照一定間距布滿西紅柿植株。機器人裝備有視像系統和伸縮式切割臂,連續地從一棵植株移向下一棵植株,確定然后再清除每棵植株的葉子。

  Kompano Deleaf-Line 機器人在溫室中沿著管型軌道移動,溫室中種滿的西紅柿植株,以均勻間隔分布在軌道的兩側

機器人設計上的挑戰

  在系統的開發中,Priva的工程師們需要確?;谝曄竦臋C器人系統,在商業溫室中出現的挑戰性環境條件下,在白天和晚上都能持續運行。因此該系統需要能夠在其他綠葉的海洋中,識別小葉的葉柄(或將西紅柿葉片連接到其莖部的葉梗),并且在各種光照條件下工作,從明亮的陽光或人工光到夜間的完全無光。

  為了解決這些挑戰,研發人員選擇圍繞一對安裝在可移動平臺上的立體攝像機,以及一個可伸縮的切割臂構建視覺系統。每臺立體攝像機都是由兩對Chameleon3攝像機定制而成,這些攝像機配有分辨率為OnSemi 1280 x 1024的Python傳感器,可以從每棵西紅柿植株的左右兩側捕捉到廣闊的視野。

  機器人的視像系統使用了一對立體攝像頭和伸縮式切割臂安裝在可移動平臺上

  "為了使每對立體攝像機都能捕捉西紅柿植株的可靠圖像,而不管溫室內的照明條件如何,該系統采用 Xenon頻閃燈光,給植株照明。隨著閃光燈每兩秒發光一次,閃光燈觸發立體攝影機,以30微秒的間隔曝光圖像。這樣每次都能采集一組統一的圖像?!眃e Boer博士說。

  一旦兩個立體攝像機采集到一對圖像,它們就通過USB接口傳輸給運行開源Ubuntu操作系統和Robot操作系統 (ROS) 的電腦上。ROS是一種開源軟件框架,由Open Source Robotics Foundation, Inc. (OSRF) 托管,以便在各種平臺創建機器人應用程序。

機器人工作流程

  在OpenCV內,Bespoke圖像處理功能用于處理來自兩組相機的圖像,以按照西紅柿種植商事先定義的一定高度范圍確定西紅柿植株葉子的位置。一旦確定葉子的位置,圖像處理軟件計算其葉柄的確切三維坐標,這需要機械臂末端的效應器來切割。

  圖像處理軟件生成的坐標數據傳遞給機器人操作系統 (ROS),ROS將數據傳輸到一組智能伺服驅動系統上,給電機通電,再將伸縮機械臂推動到植株上的正確位置。一旦到達目的地,末端效應器切斷葉柄,清除西紅柿植株的葉子。

  一旦到達目的地,末端效應器切斷葉柄,清除葉子

  因為這對立體感攝影機與機械臂安裝在同一平臺上,一旦機械臂移動切掉一組特定的葉柄,攝像頭也會移動到一個新位置,再從不同的角度捕獲下一組植物葉子。

  "切割操作期間,平行處理這些新圖像,以確定該植株在任何后續操作中是否需要清除任何其它葉子。迭代過程繼續,直至系統檢測該植株不需要清除任何其它葉子。在完成最后的檢查后,切割操作停止,機器人沿著軌道移動到溫室里的下一個植株",de Boer博士說道。

機器人對企業的意義

  Kompano Deleaf-Line機器人的開發人員與荷蘭西紅柿種植財團的成員和合作,以確定該系統的試生產樣機。

  在使用中,除葉機器人被期望能夠維護0.75到1公頃的西紅柿,這取決于那些莖上的葉子密度。在較大的設施中,種植商可以選擇采用多臺機器人工作,也可以選擇將自動化系統與人工結合起來。

  據de Boer博士說,西紅柿除葉機器人將會是本公司計劃為園藝學市場研發的諸多機器人的第一個。這些下一代系統將會自動化其它勞動密集型任務,例如摘取黃瓜之類的蔬菜。

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