賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的研究人員，開(kāi)發(fā)了一種用于蘑菇采摘和修剪的機(jī)器人機(jī)制，并證明了其在自動(dòng)收獲紐扣蘑菇方面的有效性。
在一項(xiàng)新研究中，該原型旨在與機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)集成，表明它能夠采摘和修剪貨架系統(tǒng)中生長(zhǎng)的蘑菇。
根據(jù)主要作者、農(nóng)業(yè)和生物工程助理教授龍河的說(shuō)法，這項(xiàng)研究具有重要意義，因?yàn)槟⒐疆a(chǎn)業(yè)一直面臨勞動(dòng)力短缺和勞動(dòng)力成本上升的問(wèn)題。機(jī)械或機(jī)器人采摘可以幫助緩解這些問(wèn)題。
賓夕法尼亞州的蘑菇產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)了全國(guó)大約三分之二的蘑菇，這里的種植者很難找到勞動(dòng)力來(lái)處理收獲，這是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型和困難的工作，該行業(yè)正面臨一些挑戰(zhàn)，因此像我們正在研究的那樣的自動(dòng)化收獲系統(tǒng)將是一個(gè)很大的幫助。
紐扣蘑菇、雙孢蘑菇，是一種重要的農(nóng)產(chǎn)品。從 2017 年到 2018 年，美國(guó)總共消耗了 8.91 億磅蘑菇，價(jià)值 11.3 億美元。 據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部稱，其中 91% 用于新鮮市場(chǎng)，并且是手工采摘的，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量和外觀，蘑菇采摘的人工成本占產(chǎn)值的15%至30%。
開(kāi)發(fā)一種有效收獲蘑菇的設(shè)備是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。在手工采摘中，采摘者首先找到一個(gè)成熟的蘑菇并用一只手將其分離，通常使用三個(gè)手指。然后使用采摘者的另一只手的刀去除菌柄末端。有時(shí)，采摘者等到手上有兩三個(gè)蘑菇時(shí)，再將它們一一切開(kāi)。最后，將蘑菇放入收集箱中。機(jī)器人機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)等效的揀選過(guò)程。
研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)器人采摘機(jī)構(gòu)，其中包括一個(gè)基于彎曲運(yùn)動(dòng)的采摘“末端執(zhí)行器”、一個(gè)用于移動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的“4自由度定位”末端執(zhí)行器、一個(gè)蘑菇柄，微調(diào)末端執(zhí)行器和一個(gè)電動(dòng)氣動(dòng)控制系統(tǒng)。他們制造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的原型來(lái)驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的性能。
研究小組利用吸盤(pán)機(jī)構(gòu)吸附蘑菇，并對(duì)蘑菇蓋進(jìn)行擦傷試驗(yàn)，分析氣壓和吸盤(pán)作用時(shí)間的影響。
最近發(fā)表在美國(guó)農(nóng)業(yè)與生物工程師學(xué)會(huì)匯刊上的測(cè)試結(jié)果表明，采摘末端執(zhí)行器成功定位到目標(biāo)位置，第一次采摘成功率為90%，第二次采摘后成功率為94.2% .
修剪末端執(zhí)行器的總體成功率為 97%。研究人員指出，與吸盤(pán)作用時(shí)間相比，氣壓是影響?zhàn)鰝潭鹊闹饕蛩兀瑑?yōu)化的吸盤(pán)可能有助于減輕瘀傷損傷。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，所開(kāi)發(fā)的采摘機(jī)制具有在蘑菇自動(dòng)采摘中實(shí)施的潛力。
用于這項(xiàng)研究的蘑菇是在賓夕法尼亞州立大學(xué)公園校區(qū)蘑菇研究中心的盆中種植的。制造和實(shí)驗(yàn)在比格勒維爾的水果研究和推廣中心進(jìn)行。共進(jìn)行了 70 次揀選測(cè)試以評(píng)估機(jī)器人揀選機(jī)制。氣動(dòng)系統(tǒng)和吸盤(pán)的工作壓力分別設(shè)置為每平方英寸 80 磅和 25 磅。
在一項(xiàng)新研究中，該原型旨在與機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)集成，表明它能夠采摘和修剪貨架系統(tǒng)中生長(zhǎng)的蘑菇。
根據(jù)主要作者、農(nóng)業(yè)和生物工程助理教授龍河的說(shuō)法，這項(xiàng)研究具有重要意義，因?yàn)槟⒐疆a(chǎn)業(yè)一直面臨勞動(dòng)力短缺和勞動(dòng)力成本上升的問(wèn)題。機(jī)械或機(jī)器人采摘可以幫助緩解這些問(wèn)題。
賓夕法尼亞州的蘑菇產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)了全國(guó)大約三分之二的蘑菇，這里的種植者很難找到勞動(dòng)力來(lái)處理收獲，這是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型和困難的工作，該行業(yè)正面臨一些挑戰(zhàn)，因此像我們正在研究的那樣的自動(dòng)化收獲系統(tǒng)將是一個(gè)很大的幫助。
紐扣蘑菇、雙孢蘑菇，是一種重要的農(nóng)產(chǎn)品。從 2017 年到 2018 年，美國(guó)總共消耗了 8.91 億磅蘑菇，價(jià)值 11.3 億美元。 據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部稱，其中 91% 用于新鮮市場(chǎng)，并且是手工采摘的，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量和外觀，蘑菇采摘的人工成本占產(chǎn)值的15%至30%。
開(kāi)發(fā)一種有效收獲蘑菇的設(shè)備是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。在手工采摘中，采摘者首先找到一個(gè)成熟的蘑菇并用一只手將其分離，通常使用三個(gè)手指。然后使用采摘者的另一只手的刀去除菌柄末端。有時(shí)，采摘者等到手上有兩三個(gè)蘑菇時(shí)，再將它們一一切開(kāi)。最后，將蘑菇放入收集箱中。機(jī)器人機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)等效的揀選過(guò)程。
研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)器人采摘機(jī)構(gòu)，其中包括一個(gè)基于彎曲運(yùn)動(dòng)的采摘“末端執(zhí)行器”、一個(gè)用于移動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的“4自由度定位”末端執(zhí)行器、一個(gè)蘑菇柄，微調(diào)末端執(zhí)行器和一個(gè)電動(dòng)氣動(dòng)控制系統(tǒng)。他們制造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的原型來(lái)驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的性能。
研究小組利用吸盤(pán)機(jī)構(gòu)吸附蘑菇，并對(duì)蘑菇蓋進(jìn)行擦傷試驗(yàn)，分析氣壓和吸盤(pán)作用時(shí)間的影響。
最近發(fā)表在美國(guó)農(nóng)業(yè)與生物工程師學(xué)會(huì)匯刊上的測(cè)試結(jié)果表明，采摘末端執(zhí)行器成功定位到目標(biāo)位置，第一次采摘成功率為90%，第二次采摘后成功率為94.2% .
修剪末端執(zhí)行器的總體成功率為 97%。研究人員指出，與吸盤(pán)作用時(shí)間相比，氣壓是影響?zhàn)鰝潭鹊闹饕蛩兀瑑?yōu)化的吸盤(pán)可能有助于減輕瘀傷損傷。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，所開(kāi)發(fā)的采摘機(jī)制具有在蘑菇自動(dòng)采摘中實(shí)施的潛力。
用于這項(xiàng)研究的蘑菇是在賓夕法尼亞州立大學(xué)公園校區(qū)蘑菇研究中心的盆中種植的。制造和實(shí)驗(yàn)在比格勒維爾的水果研究和推廣中心進(jìn)行。共進(jìn)行了 70 次揀選測(cè)試以評(píng)估機(jī)器人揀選機(jī)制。氣動(dòng)系統(tǒng)和吸盤(pán)的工作壓力分別設(shè)置為每平方英寸 80 磅和 25 磅。
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