智能化温室，通常简称连栋温室或者现代温室，它是设施农业中的高级类型，拥有综合环境控制系统，利用该系统可以直接调节室内温、光、水、肥、气等诸多因素，可以实现全年高产、稳步精细蔬菜、花卉，经济效益好。近几年随着蔬菜大棚建设的快速发展，智能温室给农业发展带来了推动力。智能温室的控制一般由信号采集系统、中心计算机、控制系统三大部分组成。
通过以上的概念我们了解其就是一座机械化的温室大棚，可以通过遮阳系统、自然通风系统、加温系统、降温系统、水肥一体化种植系统等来给植物一个最佳的生长环境，那么植物最佳的生长环境这个模型是什么呢？怎么和我们的机械化温室相结合起来，那么就用到我们的智能控制系统了。我们将植物各个时期事宜生长的环境数据录入系统端数据库中，由我们温室大棚内部的各个检测点测得棚内的实时数据对比，来给我们的温室大棚的系统做指令。
目前我们的新建连栋温室大棚都已经实现机械化控制，那么哪种适合智能化的升级改造呢，概念很美好，现实很骨感。只有规模化的种植温室大棚才合适做这种的智能温室升级改造。比如那种小型的展览温室、观光温室、生态餐厅温室等，其根本就用不到各种气候参数，完全可以靠人工或者半自动控制的风机水帘系统就可以的。
什么是智能温室大棚发展前景如何一亩地需要投资多少钱
为提高果实采收自动化水平，针对高架栽培果实设计了一种新型自动采摘机器人系统，其可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。系统采用机器视觉方式实现自主导航，通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位，由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用吸附果实、夹持和切割果柄的方式对果实进行柔性操作。根据实际需求制定了采摘机器人系统作业流程，保证机器人作业高效有序。试验结果表明，果实采摘机器人系统采摘成功率达75％，单次采摘作业平均耗时11s。
引言
设施环境种植蔬菜果实因其反季节、高产的特点，在世界各地广泛种植。为保证其食用和外观品质，需要在收获期分时段多次挑选采摘，目前以人工作业为主，劳动强度大，工作效率低，并且随着老龄化以及农业劳力转移，采收成本也逐渐增加。为提高采摘作业自动化水平，20世纪90年代开始，日本率先研制针对高架栽培的果实自动化采摘设备，K0ndo等人2010年最新研制的果实采摘设备采摘成功率为413％，单循环作业耗时115s。然而，由于农业环境不稳定性、作业对象分布不规则，以及个体差异大等客观因素限制，目前智能采收设备研究仍处于试验样机阶段。
本文针对果实高架栽培模式，设计了可进行双侧高效采摘的机器人系统，主要对其中各功能部件进行设计和集成，并制定系统作业流程。本系统采用无线遥控和语音提示交互方式，可满足观光农业和科普教育领域示范应用，以进一步推动智能采收设备真正进入农业生产。
工作环境介绍
果实高架栽培因其结构化种植特点，有利于减轻劳动作业强度，改善果实食用品质，近几年受到广泛推广。果实种植于栽培槽内，并由栽培架固定支撑。采摘机器人行走于栽培架行间，同时对两侧果实进行采摘。果实主要分布在高度距地面850～1070mm区域，深度范围为200mm的空间区域内。
系统构成模块
如图1所示，采摘机器人系统硬件由轮式移动平台、关节型采摘机械臂、双目视觉相机、柔性末端执行器以及系统控制器五部分构成。
导航模块
采摘机器人系统采用大功率四轮驱动小车作为系统承载移动平台，以适应农业环境不平整地面。移动平台前端安装彩色摄像机，感知行走路面彩色导航路标，保证采摘机器人在果实栽培架行间中央自主移动。
果实识别定位模块
果实识别定位模块采用PointGrev公司BumbIebee2系列双目视觉相机。该相机工作视距为700mm时，有效视场为500mm×500mm，空间定位精度±1mm，满足采摘机器人系统目标定位要求。根据双目相机采集的两幅果实彩色图像特征，研究基于果实色彩和形态的目标识别算法，实现复杂背景下果实目标的特征提取，并以此作为图像特征匹配参数，利用三维测距算法，得到果实空间坐标。
采摘机械臂
采摘机械臂负责末端执行器操作和定位，其运动精度和速度直接决定系统采摘效率。综合考虑采摘机器人视觉定位相机视场区域大小以及果实种植模式，选用DENSO小型关节型机械臂。其最大运动半径为650mm，末端载荷5kg，点位往复运动时间最快04s，重复定位精度±002mm，同时其关节型构型空间区域运动灵活，有利于满足果实栽培狭小作业环境要求。
末端执行器
果实表皮非常柔嫩，夹持果实本体容易造成果皮损伤，影响果实品质，进而影响后续加工、储藏。采摘机器人采用了由吸附果实、夹持、切割果柄3个主要部件组成的柔性末端执行器。果实吸附部件采用风琴式吸盘，果柄夹持部件由平行开闭型气爪、夹持垫片、夹持手指构成，果柄切割部件由切割刀片和垫板构成，切割部件安装于夹持部件上方，随夹持手爪开合实现切割。
系统控制方案
采摘机器人控制器负责运行导航、果实识别定位、机械臂控制及末端执行器控制等4个程序模块，以及接收发送控制信号。如图2所示，机器人控制系统构成，采摘机器人输入设备有双目视觉相机和路标识别相机，分别通过1394b总线、USB端口与机器人控制器相连接进行数据通信。控制器通过RS232、A／D模块对机械臂和末端执行器状态进行控制。
作业流程规划
系统启动后应用程序加载各功能模块并进行初始化设置，按下遥控手柄启动按键后，在导航模块控制下移动平台驱动采摘机器人系统自主行走4s后停止前进，果实识别定位模块首先对机器人左侧果实进行识别定位，并将视场内成熟果实序列空间坐标发送到机械臂控制模块。机械臂据此将末端执行器定位置至果实位置，完成果实吸附、夹持及切割后，放入果实筐，完成单个采摘循环，如此继续直到左侧视场所有果实采摘完成，机械臂恢复至初始位置腰关节旋转180°，开始对右侧果实进行采摘。右侧视场果实全部采摘完成后，机械臂复位，移动平台开始前进继续采摘作业，直至通过遥控手柄结束采摘。
采摘机器人系统性能试验
为了验证采摘机器人系统作业精度和效率，在室内简单背景环境下使用该系统对其两侧各4个果实进行采摘，采用秒表记录作业过程耗时情况。试验结果记录如表1所示，其中(x，v，z)为果实相对机械臂坐标系空间坐标值，序号1、2、3、4为左侧果实，其余为右侧果实。
由试验结果可得，采摘成功率方面，8个果实其中6个采摘成功，4、5号由于处于视觉系统视场边缘定位误差增加，从而造成末端执行器吸盘吸附固定失败。作业效率方面由于右侧果实采摘时间包含机械臂腰关节自左向右旋转过程耗时，系统完成单个果实采摘平均耗时1099s。
结论
针对高架栽培果实构建了采摘机器人系统，完成各功能模块的选型、设计和集成，机器人可对本体两侧果实进行采摘，有利于提高采摘作业效率。采摘机器人系统性能试验表明，机器人对8个试验目标中的6个进行成功采摘，完成单个果实采摘平均耗时11s。
资助项目：北京市创新团队岗位专家项目；863计划课题2012AAl01903；科技支撑计划课题2012BAF07802。
近年来在农业生产占的比重越来越大，而相对来说，温室大棚的控制系统也随着科技的进步不断发展进步提升。目前常见的是自动化控制系统，正在向智能控制系统方向发展。
前瞻产业研究院指出，智能控制系统在应用上有很大方便和优势。首先，智能控制系统控制的精准性和及时性。它的基本功能是对环境的检测，加上一些传感器和智能机器的应用，加强了人们对于作物生长环境的深层了解，实现了科学精准的控制，而且可以根据传感器数据给出相应的反馈和操作，反应及时，给植物营造出最适应的生长环境，温室大棚能够种植出高质量、高产量的绿色蔬菜。其次，可实现远程控制。目前比较常用的是浙江大学研发的托普物联网技术，这种系统可以再距离较远时通过电脑控制棚内的操作，一方面较少了操作人员的工作量，提高了工作效率，另一方面，可以使得操作人员无论在任何地方都能监察整个大棚的状况，实现了科技的有利性。
从发展前景上里说，温室大棚采用智能控制系统是未来农业发展的趋势和方向，它会将人们从繁杂的工作中解放出来，利用科技的手段得到最完美的效果，还会帮助降低成本，是农业走向高质量、高效率、高收益的道路。
