猕猴桃采摘机器人设计及试验

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20221073

浙江农业科学 ›› 2023, Vol. 64 ›› Issue (10): 2418-2422.DOI: 10.16178/j.issn.0528-9017.20221073

猕猴桃采摘机器人设计及试验

王佳虹¹(), 王迪¹, 叶宏宝², 朱国宏¹, 晏毓¹

1.杭州乔戈里科技有限公司,浙江杭州 310051
2.浙江省农业科学院农业装备研究所,浙江杭州 310021

收稿日期:2022-10-25 出版日期:2023-10-11 发布日期:2023-10-24
作者简介:王佳虹(1984—),女,山西大同人,工程师,主要从事智慧农业与机器人关键技术研究,E-mail: jackie@qogori.com。
基金资助:
浙江省级重点研发计划(2019C02029);浙江省“领雁”研发攻关计划(2022C02055);“科技助力经济2020”重点专项(SQ2020YFF0401786)

Received:2022-10-25 Online:2023-10-11 Published:2023-10-24

摘要/Abstract

摘要：

针对猕猴桃无损采摘的需求,基于机器视觉相关理论设计了一种主要由履带式底盘、采摘机械臂和末端执行机构这三部分组成的猕猴桃采摘机器人。根据猕猴桃采摘机械特性,设计无损采摘的末端执行机构;通过设计采摘机器人硬件控制系统和软件控制系统,实现猕猴桃准确识别和精准采摘,提高采摘机器人的作业效率。为验证采摘机器人的采摘性能,采用视觉识别和采摘实地试验进行验证。结果表明,视觉识别准确率可达97.7%,采摘成功率可达85%以上,平均采摘单颗猕猴桃时间为3.01 s,可以满足农业实际生产对采摘机器人的性能要求。

关键词: 机器人, 猕猴桃, 无损采摘, 控制

中图分类号:

S233.74

王佳虹, 王迪, 叶宏宝, 朱国宏, 晏毓. 猕猴桃采摘机器人设计及试验[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(10): 2418-2422.

图/表 9

图1 猕猴桃果园种植环境

图2 猕猴桃采摘机器人结构简图1 表示移动装置,2表示控制装置,21表示第一控制装置,22表示第二控制装置,3表示视觉装置,4表示承载装置,41表示升降座,42表示托架,5表示气泵,6表示真空控制器。

图3 猕猴桃采摘机器人实物图

图4 上位机软件流程图

图5 硬件结构设计图

图6 末端执行机构结构示意图 1 表示支撑板,11表示第一延伸部,2表示驱动装置,21表示第一控制装置,22表示第二控制装置,3表示固定件,4表示滑槽块,5~7表示夹爪,8表示鱼眼轴承,9表示视觉相机模块,10表示固定底片。

表1 识别定位试验结果

参数	测试环境
参数	较暗	正常	较亮
成熟果实	180	210	190
成功识别	156	199	179
准确率/%	86.7	97.7	94.2

图7 3种光照识别结果图

表2 采摘试验结果

参数	测试时间
参数	10:00	13:00	16:00
识别数量/个	218	196	189
成功采摘/个	188	167	164
成功率/%	86.2	85.2	86.8
采摘时间/s	2.95	3.12	2.96

参考文献 12

[1]	MU L T, LIU H Z, CUI Y J, et al. Mechanized technologies for scaffolding cultivation in the kiwifruit industry: a review[J]. Information Processing in Agriculture, 2018, 5(4): 401-410.
[2]	SILWAL A, DAVIDSON J R, KARKEE M, et al. Design, integration, and field evaluation of a robotic apple harvester[J]. Journal of Field Robotics, 2017(2).DOI:10.1002/rob.21715.
[3]	MU L T, CUI G P, LIU Y D, et al. Design and simulation of an integrated end-effector for picking kiwifruit by robot[J]. Information Processing in Agriculture, 2020, 7(1): 58-71.
[4]	于丰华, 周传琦, 杨鑫, 等. 日光温室番茄采摘机器人设计与试验[J]. 农业机械学报, 2022, 53(1):41-49.
[5]	ARAD B, BALENDONCK J, BARTH R, et al. Development of a sweet pepper harvesting robot[J]. Journal of Field Robotics, 2020, 37(6): 1027-1039.
[6]	XIONG Y, GE Y Y, GRIMSTAD L, et al. An autonomous strawberry-harvesting robot: design, development, integration, and field evaluation[J]. Journal of Field Robotics, 2020, 37(2):202-224.
[7]	VAN HENTEN E, VAN TUIJL B, HOOGAKKER G J, et al. An autonomous robot for de-leafing cucumber plants grown in a high-wire cultivation system[J]. Biosystems Engineering, 2006, 94(3):317-323.
[8]	HAYASHI S, SHIGEMATSU K, YAMAMOTO S, et al. Evaluation of a strawberry-harvesting robot in a field test[J]. Biosystems Engineering, 2010, 105(2):160-171.
[9]	张凯良, 杨丽, 张铁中. 草莓收获机器人采摘执行机构设计与试验[J]. 农业机械学报, 2011, 42(9):155-161.
[10]	宋健, 孙学岩, 张铁中, 等. 开放式茄子采摘机器人设计与试验[J]. 农业机械学报, 2009, 40(1): 143-147.
[11]	梁喜凤, 杨犇, 王永维. 番茄收获机械手轨迹跟踪模糊控制仿真与试验[J]. 农业工程学报, 2013, 29(17): 16-23.
[12]	马履中, 杨文亮, 王成军, 等. 苹果采摘机器人末端执行器的结构设计与试验[J]. 农机化研究, 2009, 31(12):65-67.

[1]	刘哲, 沈峰, 郑佳秋, 王燕, 罗小波, 祖艳侠, 吴永成, 王薇薇, 张丽娜, 冯汝超, 梅燚. 不同设施环境对壁蜂辅助萝卜制种产量和质量的影响[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(7): 1731-1735.
[2]	包卫国, 王婉婷, 陈勇兵. 高质量西瓜种子加工贮藏控制技术[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(5): 1064-1070.
[3]	刘岩, 朱加虹, 胡桂仙, 赖爱萍, 王昊, 万玉杰. 国内外猕猴桃农药最大残留限量标准比对[J]. 浙江农业科学, 2023, 64(1): 15-19.
[4]	沈煜潮, 郑许松, 徐红星, 吕仲贤. 稻田养鸭和食诱剂对稻纵卷叶螟的协同控制作用[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(8): 1805-1808.
[5]	游雨欣, 戴德江, 罗金燕, 朱洁, 李斌. 猕猴桃溃疡病防治策略的研究现状与展望[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(6): 1322-1328.
[6]	刘岩, 朱加虹, 胡桂仙, 赖爱萍. 猕猴桃全产业链标准化体系构建[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(3): 583-589.
[7]	朱加虹, 吕靖芳, 陈铭轩, 胡惠平, 胡桂仙. 红阳猕猴桃种植过程中农药残留特征分析和对策建议[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(11): 2601-2605.
[8]	胡施祺, 戴德江, 罗金燕, 朱洁, 安千里, 李斌. 猕猴桃溃疡病病菌的多样性及其检测技术[J]. 浙江农业科学, 2022, 63(11): 2652-2657.
[9]	琚可可, 王如月, 朱奇彪. 铁皮石斛无菌悬浮培养育苗工艺开发[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(8): 1561-1564.
[10]	周成云, 郎均英, 董代幸, 章明奎. 产地环境对猕猴桃不同器官中镉积累的影响[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(7): 1402-1404.
[11]	皮亮, 刘威, 万明宇, 王戈, 马建勋, 窦家宇, 张浩, 陈康康. 基于参数标准化的片烟叶片结构管控[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(6): 1188-1191.
[12]	夏晓燕, 邵赛男, 蒋玉根, 徐君, 戴学龙. 酸性土壤有效磷测定中的温度控制技术探讨[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(3): 598-599.
[13]	林宝华, 丁勇. 软枣猕猴桃引种与栽培技术[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(8): 1568-1570.
[14]	周礼超, 宋丽君, 李生娥, 郑小林. 一氧化氮对猕猴桃采后果实品质和乙醇代谢的影响[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(8): 1614-1617.
[15]	李怡彬. 云南文山州富宁县农村集体土地所有权确权中测绘新技术的应用[J]. 浙江农业科学, 2020, 61(7): 1472-1474.

猕猴桃采摘机器人设计及试验

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 12

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价