生物生产机器人 参考资料（中文课件）----第二章.doc

生物生产机器人的作业对象
   生物生产机器人的发展,大部分是由于生物生产系统中自动化原料处理的需要而引起的,因而机器人的作业对象和过程(生物体所经历的)是影响机器人设计的重要因素。与通常所设计的传统工业机器人的作业对象和过程相比,生物生产机器人需要处理大小、形状、颜色和表面特征动态变化的对象。此外,生物生产机器人很可能是在非结构化环境中作业,调整对象和过程以利于机器人的设计的可能性也很小(Allotta et al., 1990, 1991; elli, 1990)。
  植物、动物和食品的可能形态几乎是无限的,目标对象常是随机地处于一个三维空间,随着植物的生长以及其它外部因素如风、机器和作业人员等的影响,这些位置可能发生改变,所以为机器人创造一个均衡统一的环境是十分具有挑战性的。此外,种植方式和植物栽培系统还依赖于生产系统的规模、当地气候和种植者的技术、环境及个人喜好。
    另一个主要关心的问题是作业对象后期加工过程中的品质保持,在设计机器人时,需要仔细考虑和研究机器人体接触或变化对生物体的影响。根据定义,机器人是智能的、灵活的机器,它们比机械自动化机器更适宜于对这些类型的问题作出响应。
 
生物体的特性
,这些属性可以用各种已确定的或新兴的方法测量。植物的形状乍看之下好像很复杂,但通常是具有一些规则的特征,这类信息是应用机器视觉识别植物形状的导航机器人智能的一个部分。
    作业对象的动态属性对决定机器人恰当的处理步骤和引导操作中机器人的运动状态以减少对作业对象质量的负面影响是很重要的。一般,生物体和工业机器人的作业对象相比往往比较柔软且更易受到损伤,物体表面的摩擦阻力对决定机器人的夹紧力和翻转力是十分重要的,剪切阻力则是正确切割物体必须考虑的。当机器人处理动物对象时需要足够轻柔细致,以免让它们觉得不舒服。生物体的弹性有助于机器人决定处理对象的限度。
   生物体的物理属
属性
特征
物理
形状、大小、质量、密度、表观
动态
剪切阻力、摩擦阻力、弹性、粘性
光学
反射率、透射率
声学
振动特性、波传播特性
电学
电阻、电容、静电特性
      生物体具有一定的光学特性,、可见和近红外波段的典型反射光谱。植物含有叶绿素的部分在670 nm附近有一个吸收波段。水果和花的颜色依赖于植物的种类,有些花在300 nm附近有很高的反射率,基于这一点,可以认为某些昆虫的视觉敏感范围包括了紫外区域,昆虫可能拥有将花朵从植物其它部位鉴别出来获得蜂蜜和花粉的能力。在近红外区域,有很多水的吸收波段:970、1170、1450和1950 nm,植物的所有部位在这一区域比在可见光区域具有更高的反射率。
                 植物的典型反射光谱
由于生物体含有水和组织,所以声波和振动属性同样显示出独特的特征,这些属性根据物体的成熟度和质量会有所改变。电特性如电阻和电容也会随物体品质的变化而变化。
大多数的生物体都是活的,收获的水果吸进O2呼出CO2和乙烯,用生物传感方法测量植物或水果的呼吸活动(类似于测量人类的脉博),从而确定生物体的内部状态也是可行的。
生物生产机器人的作业对象与传统的工业制造机器人是不同的,因