農(nóng)業(yè)機(jī)器人（全2冊(cè)）

前言

農(nóng)產(chǎn)品有很多讓人吃驚的事情。摘下一個(gè)番茄果實(shí)看一看就會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使是同一個(gè)品種，不光大小從3S到3L（甚至更大）不等，顏色也隨季節(jié)和環(huán)境條件不同而有紅有綠，同一個(gè)果實(shí)中也會(huì)呈現(xiàn)多種顏色。如果有病蟲(chóng)害發(fā)生，果實(shí)會(huì)出現(xiàn)缺陷，顏色會(huì)發(fā)生更微妙的變化，尺寸比M還小，連形狀也會(huì)和通常畫(huà)中所見(jiàn)的圓形有所不同，變成縱長(zhǎng)的炮彈形，讓人懷疑是不是原來(lái)的品種。除大小外，還經(jīng)常出現(xiàn)一般超市里見(jiàn)不到的呈三角、四角形狀的番茄。如果一直觀察到果蒂就會(huì)發(fā)現(xiàn)，粗細(xì)長(zhǎng)短、顏色以及葉子的數(shù)量和伸展方式，真是千差萬(wàn)別。再對(duì)比一下剛收獲后的新鮮勁兒和收獲后幾小時(shí)或幾天后的樣子，簡(jiǎn)直判若云泥。如此這般，農(nóng)產(chǎn)品的“公差”與一般的工業(yè)產(chǎn)品不可比擬，除此之外還有許多只有生產(chǎn)這些產(chǎn)品的專家們才知道的事情。農(nóng)業(yè)機(jī)器人必須能夠應(yīng)對(duì)這種多樣性和變化性，還要能夠柔和地處置桃子這樣?jì)赡鄣墓麑?shí)，同時(shí)還要能在不斷掉落的桃毛、梨粉和塵埃中工作。另一方面，在室外的生產(chǎn)場(chǎng)所如田間，必須能夠應(yīng)付沙塵及可能的突然降雨，而在溫室內(nèi)則要能適應(yīng)高溫高濕的環(huán)境。還有，比農(nóng)產(chǎn)品的變化還要大的農(nóng)作物，其種類和品種的數(shù)目每年都在增多，其物理特性也在變化，農(nóng)業(yè)機(jī)器人必須跟得上農(nóng)作物、農(nóng)產(chǎn)品這種持續(xù)的多樣性、復(fù)雜性變化，在和發(fā)展變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)想的農(nóng)作物、農(nóng)產(chǎn)品相遇的同時(shí)，和這些變化一起進(jìn)步的樂(lè)趣大概是其他領(lǐng)域機(jī)器人所沒(méi)有的吧。在先于這本書(shū)出版的《農(nóng)業(yè)機(jī)器人I.基礎(chǔ)與理論》中，介紹了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)器視覺(jué)、末端執(zhí)行器和機(jī)械臂及移動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)。時(shí)間過(guò)去了一年，現(xiàn)在再回過(guò)頭來(lái)重新翻閱，深切地感到，農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要面對(duì)這么豐富的作業(yè)對(duì)象、這么變換多端的作業(yè)，要想在有限的篇幅里講解清楚它的構(gòu)成要素、機(jī)構(gòu)組成、基本原理等，實(shí)在是一件困難的事情。在本書(shū)中，為了有助于理解，選取了大量到、目前為止開(kāi)發(fā)研究的實(shí)例，并用大量圖片和照片來(lái)說(shuō)明。為了加深理解，還將本書(shū)中所用的照片、圖片及動(dòng)畫(huà)刻錄成光盤，讀者可以在計(jì)算機(jī)上瀏覽彩色畫(huà)面。

內(nèi)容概要

本書(shū)以上述的農(nóng)業(yè)機(jī)器人為焦點(diǎn)，介紹其基礎(chǔ)知識(shí)、基本機(jī)構(gòu)以及組成機(jī)器人的各要素的理論。首先，第1章論述農(nóng)業(yè)機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)器人的歷史和異同點(diǎn)，第2章介紹農(nóng)業(yè)機(jī)器人的感知技術(shù)中最重要的機(jī)器視覺(jué)。在攝像機(jī)等已相當(dāng)便宜的當(dāng)今，機(jī)器視覺(jué)的利用已十分廣泛，不只是作為機(jī)器人的感知部件，甚至組裝到手機(jī)中，發(fā)展成為支撐現(xiàn)代生活的重要技術(shù)。利用植物、動(dòng)物等生物及土壤等的光學(xué)特性的機(jī)器視覺(jué)，吸引了眾多的關(guān)注，因此本書(shū)進(jìn)行了盡可能詳細(xì)的解說(shuō)，以便讀者參照。隨后，在第3章針對(duì)末端執(zhí)行器（機(jī)械手）和機(jī)械臂，從生物的特性開(kāi)始，介紹了生物對(duì)象的特征。特別是在介紹以生物的物理特性及農(nóng)作物特殊性為基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)時(shí)，始終貫穿著把“機(jī)器人—生物—人”的協(xié)調(diào)作為目標(biāo)的理念。進(jìn)而，第4章系統(tǒng)地論述了作為機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的車輛的自動(dòng)化。該章涉及了戶外農(nóng)作業(yè)必需的傳感器、機(jī)構(gòu)、控制方法以及最重要的安全性。

作者簡(jiǎn)介

作者：(日本)近藤直 (日本)門田充司 (日本)野口伸 譯者：?jiǎn)誊?陳兵旗 孫明 等喬軍，日本巖手火學(xué)博士，現(xiàn)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)的：二維條碼的編解碼及自動(dòng)識(shí)讀、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)無(wú)損檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域的研究和教學(xué)工作。陳兵旗，日本東京農(nóng)工大學(xué)博士，日本農(nóng)林水產(chǎn)省蠶絲昆蟲(chóng)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所博士后，現(xiàn)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，主要從事精細(xì)農(nóng)業(yè)和農(nóng)田信息自動(dòng)獲取技術(shù)等領(lǐng)域的研究和教學(xué)工作。

書(shū)籍目錄

上冊(cè)　1  農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和機(jī)器人化　　1.1　什么是農(nóng)業(yè)機(jī)械　　1.2　從農(nóng)業(yè)機(jī)械到農(nóng)業(yè)機(jī)器人　　  1.2.1　農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義　　  1.2.2　農(nóng)業(yè)機(jī)器人的歷史與作用　　  1.2.3　利用機(jī)器人的新式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)  2　機(jī)器視覺(jué)　　2.1　農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)器視覺(jué)　　2.2　對(duì)象的光學(xué)特性　　2.3　機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)　　  2.3.1　能量的流動(dòng)　　  2.3.2  照明　　  2.3.3　攝像元件和攝像機(jī) 　　 2.3.4　從攝像機(jī)到PC的圖像數(shù)據(jù)傳送　　2.4　機(jī)器視覺(jué)軟件　　  2.4.1  顏色變換　　  2.4.2  前處理　　  2.4.3　二值圖像的特征量測(cè)量　　  2.4.4　紋理特征量　　  2.4.5  位置檢測(cè)　　  2.4.6  識(shí)別算法　　2.5　來(lái)自機(jī)器視覺(jué)的信息　　　2.5.1　X射線圖像　　　2.5.2  紫外圖像　　　2.5.3  彩色圖像　　　2.5.4　灰度圖像　    2.5.5　近紅外圖像  　  2.5.6　太赫茲波圖像　    2.5.7　高光譜圖像　    2.5.8　遙感圖像　    2.5.9  三維圖像　    2.5.10　其他斷層圖像　　習(xí)題　3　末端執(zhí)行器與機(jī)械臂　　3.1　農(nóng)業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器與機(jī)械臂　　3.2　對(duì)象物體的特性　　  3.2.1  物理特性　　  3.2.2  栽培方式　　3.3　驅(qū)動(dòng)器（傳動(dòng)裝置）　　  3.3.1  電氣式　　  3.3.2  液壓式　　  3.3.3  氣動(dòng)式　　  3.3.4　SMA驅(qū)動(dòng)器　　3.4  傳感器　　  3.4.1  微動(dòng)開(kāi)關(guān)　　  3.4.2　光電傳感器　　  3.4.3  電位計(jì)　　  3.4.4  編碼器　　  3.4.5　超聲波傳感器　　  3.4.6  PSD　　  3.4.7　激光測(cè)距儀　　  3.4.8  應(yīng)變片　　  3.4.9　壓力傳感器　　  3.4.10　紅外傳感器　　3.5　末端執(zhí)行器　　  3.5.1　末端執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)　　  3.5.2　末端執(zhí)行器的功能　　  3.5.3　末端執(zhí)行器的檢測(cè)功能　……　4　車輛自動(dòng)化　　參考文獻(xiàn)　習(xí)題答案　索引下冊(cè)

章節(jié)摘錄

插圖：1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和機(jī)器人化1.1 什么是農(nóng)業(yè)機(jī)械提起農(nóng)業(yè)機(jī)械（agriculturalmachinery），許多人會(huì)聯(lián)想到拖拉機(jī)（tractor）、聯(lián)合收獲機(jī)（combineharVester）、插秧機(jī)（ricetransplanter）等稻作機(jī)械。事實(shí)上，日本的確在作為主要糧食的水稻的種植上下了工夫，以水稻種植為中心實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化種植。目前主要的水稻種植機(jī)械有動(dòng)力耕作機(jī)械（powertiller）、拖拉機(jī)以及與拖拉機(jī)配套的各種作業(yè)機(jī)械如割捆機(jī)（binder）、聯(lián)合收獲機(jī)、干燥機(jī)、碾米機(jī)、精米機(jī)等，田間的作業(yè)基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。除了上面列舉的機(jī)械外，還有一些機(jī)械已經(jīng)完成了它們的使命，被新開(kāi)發(fā)的機(jī)械所取代，像脫粒機(jī)、收獲機(jī)（履帶式移動(dòng)型脫粒機(jī)）等，在與農(nóng)業(yè)有關(guān)的博物館以外已難覓蹤跡。另外，為了提高收獲后的作業(yè)效率，各地還興建了大型協(xié)作糧庫(kù)、稻米中心等設(shè)施。但是，這些公共設(shè)施的利用率并不像預(yù)想的那樣高，為保證質(zhì)量而使用自己的干燥機(jī)等設(shè)備的農(nóng)家依然很多，而近來(lái)用遙控器控制小型直升機(jī)在水田上空盤旋、進(jìn)行噴施作業(yè)的情景也屢見(jiàn)不鮮，因此可以看出，僅與稻田作業(yè)有關(guān)的機(jī)械就是一種多種形式機(jī)械并存的局面。盡管如此，大多數(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械研究者都認(rèn)為，農(nóng)業(yè)機(jī)械始于動(dòng)力耕耘機(jī)。一直到20世紀(jì)50年代，一般的耕地作業(yè)都是重體力勞動(dòng)，即使使用牲畜，駕馭比自己力量大得多的牛馬本身就是一種很艱難的勞動(dòng)，必須是男勞力才能勝任。而且，一到了插秧、收割等被稱作農(nóng)忙期的時(shí)候，即便在二次大戰(zhàn)后農(nóng)田已經(jīng)被細(xì)分的情況下，全家出動(dòng)也難以勝任，還需要召集親戚熟人，在大家的幫助下才能勉強(qiáng)完成。即使從事著這樣繁重的勞作，農(nóng)家的收入也很微薄，因此專業(yè)農(nóng)家的主要?jiǎng)诹Σ坏貌辉谵r(nóng)閑時(shí)出去打工。種二茬、三茬的農(nóng)家也不少。

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