宾夕法尼亚州立大学农业科学学院的研究人员开发了一种蘑菇采摘和修剪的机器人机制,并证明了它在钮扣菇自动收获中的有效性。
在一项新的研究中,该原型机被设计成与机器视觉系统集成,表明它能够采摘和修剪生长在货架系统中的蘑菇。
该研究的第一作者、农业与生物工程助理教授贺龙表示,这项研究意义重大,因为蘑菇产业一直面临着劳动力短缺和劳动力成本上升的问题。机械或机器人采摘可以帮助缓解这些问题。
他说:“宾夕法尼亚州的蘑菇产业生产了全国三分之二的蘑菇,这里的种植者很难找到工人来收割,这是一项非常劳动密集型和困难的工作。”“这个行业正面临着一些挑战,所以像我们正在研究的这样一个自动化的收获系统将会大有帮助。”
钮扣菇——双孢蘑菇——是一种重要的农产品。2017年至2018年,美国共消费了8.91亿磅纽扣蘑菇,价值11.3亿美元。根据美国农业部(U.S. Department Of Agriculture)的数据,在这些产品中,有91%用于新鲜市场,并且是手工采摘的,一个接一个,以确保产品质量、保质期和外观。他指出,蘑菇收获的人工成本占产值的15%至30%。
他解释说,开发一种有效收获蘑菇的设备是一项复杂的工作。在手工采摘中,采摘者首先找到成熟的蘑菇,然后用一只手(通常使用三个手指)将其分离。采摘者的另一只手拿着一把刀,然后用来去除茎尖。有时,采摘者会等到手上有两三个蘑菇,然后一个接一个地切开。最后,蘑菇被放在一个收集箱里。一个机器人机构必须实现一个等效的拾取过程。
研究人员设计了一种机器人蘑菇采摘机构,包括一个基于弯曲运动的采摘“末端执行器”,一个用于移动采摘末端执行器的“4自由度定位”末端执行器,一个蘑菇柄修剪末端执行器和一个电动气动控制系统。他们制造了一个实验室规模的原型来验证该机构的性能。
研究小组利用吸盘机构固定在蘑菇上,并对蘑菇帽进行了瘀伤试验,分析了空气压力和吸盘作用时间的影响。
该测试结果最近发表在美国农业与生物工程学会学报结果表明,拾取末端执行器成功定位到目标位置,第一次拾取的成功率为90%,第二次拾取的成功率为94.2%。
修整末端执行器总体成功率为97%。研究人员指出,瘀伤测试表明,与吸盘的作用时间相比,空气压力是影响瘀伤程度的主要因素,而优化的吸盘可能有助于减轻瘀伤损伤。实验室试验结果表明,所研制的采摘机构具有实现香菇自动采收的潜力。
这项研究中的纽扣蘑菇是在宾夕法尼亚州立大学帕克分校蘑菇研究中心的桶里种植的。制作和试验在比格勒维尔的水果研究和推广中心进行。总共进行了70次采摘试验来评估机器人采摘机制。气动系统和吸盘的工作压力分别设定为每平方英寸80磅和25磅。
期刊引用:
引用此页: