在日本,农业劳动力老龄化和农业劳动力不足的问题十分突出,为了解决这一问题,日本开发除了一系列不同用途的农业机器人,这其中就包括采摘水果的机器人。这种机器人有他自身的特点:它们一般是在室外工作,作业环境较差,但是在精度上却没有工业机器人那样要求高;这种机器人的使用者不是专门的技术人员,而是普通的农民,所以技术不能太复杂,而且价格也不能太高。这里就以一种西瓜收获机器人为例来介绍。
一般的机器人多数是采用电气驱动,但是为了降低成本,这种西瓜收获机器人却是采用油压驱动,比以蓄电池为动力源的电气驱动要经济的多。这种机器人没有使用价格相对较高的高精度油压控制马达,而是采用了油缸控制,这样做也降低了机器人的成本。
作为动力源的内燃发动机驱动2台油压泵,其中的一台是用于驱动机械手,另一台是为操纵行走车辆的方向盘以及驱动制动器的控制油缸,它比前一台的压力要大得多。
机械手是由4个由4节连杆构成的手指组成的系统,在手指的尖端装有滑轮。当机械手抓拿西瓜时,机械手从西瓜上面降下,手指的滑轮沿西瓜表面边滑动边下 降,当到达最下端时就停止;上升时,利用西瓜自身的重量,使机械手自锁,利用这种方式来抓取西瓜。这种结果不需要复杂的控制系统,同时也适合于定位不准的 情况,而且也比较容易操作。试验结果表明,当机械手的中心与西瓜的中心的偏离不超过54毫米时,机械手都能抓住西瓜。当手指尖端的滑轮沿西瓜表面向下滑动 时,利用手指关节的动作可以求出西瓜的大小,利用手上附加的力传感器可以求出西瓜的重量,误差仅仅在2%以内。这样就可以在现场对西瓜进行初步的分级,另 外也可以根据力的变化判断是否抓住了西瓜。
由于西瓜的果实和枝叶的颜色相同,而且成熟与没有成熟的西瓜的果实颜色也相同,这就给西瓜检 测带来了困难,因此要根据西瓜的挂果日期(开花日期)的不同,树立直径为40毫米左右不同颜色的标识球,这样就可以根据标识球的颜色和位置正确判断西瓜的 位置和成熟情况,为了正确判断,对标识球的颜色和种类要有一定的限制。
对这种采摘西瓜机器人进行收获西瓜的作业试验,得到的结果比较理想,由于有位置误差,机械手抓到的西瓜占西瓜总数的76.5%。对于一般的农业机器人,能达到这样的标准已经是很不错的了。