高架草莓采摘机器人设计与试验.pdf

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1、2012年9月农业机械学报第43卷第9期DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2012．09．031*高架草莓采摘机器人设计与试验11121张凯良杨丽王粮局张丽霞张铁中(1．中国农业大学工学院，北京100083;2．邢台广播电视大学文经系，邢台054000)【摘要】设计了一款针对高架栽培模式的草莓采摘机器人。该机器人由履带式行走机构、基于机器视觉的精密运动定位机构和一个可同步剪切夹持草莓果柄的末端执行器等机构组成，采用以ARM9为核心的分层式控制系统。温室内实地试验表明该机器人能够自主识别、定位并无损伤采摘高架栽培模式下的成熟草莓，采摘成功率可达88%，采

2、摘单颗草莓时间为18.54s。关键词:草莓采摘机器人高架栽培中图分类号:S126;TP242.6文献标识码:A文章编号:1000-1298(2012)09-0165-08DesignandExperimentofElevatedSubstrateCultureStrawberryPickingRobot11121ZhangKailiangYangLiWangLiangjuZhangLixiaZhangTiezhong(1．CollegeofEngineering，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100083，China2．Departme

3、ntofLaw，XingtaiOpenUniversity，Xingtai054000，China)AbstractAstrawberry-pickingrobotwasdeveloped，consistingofacrawlerwalkingmechanism，amachinevisionbasedprecisionmotionpositioningmechanism，andanend-effectorcuttingandgrippingstrawberrypedunclessynchronously，forapplicationtoanelevatedsubstratec

4、ulture．AndtherobotwascontrolledbyalayeringcontrolsystemwhosekernelwasARM9．Thefieldtestingreenhouseindicatedthattherobotcouldrecognize，locateandpickripestrawberriesinelevatedsubstrateculturewiththesuccessrateof88%，withoutdamagingthefruits，andtheexecutiontimeofasinglepickcyclewas18.54s．Keywor

5、dsStrawberry，Pickingrobot，Elevatedsubstrateculture农业机构研究所和SISeiko公司于2009年联合研引言制出了能够自动识别并采摘成熟草莓果实的机器人［11～13］采摘作业在草莓产业中占有重要地位，草莓的样机。目前国内外草莓采摘机器人研究中尚整个种植生产过程中约有1/4的时间被草莓采摘所存在以下问题:①普遍采用多目机器视觉系统，结构［1］占用，并且由于草莓果实成熟后必须尽快采摘，复杂，成本较高。②整体机构庞大，工作过程中占用盛果期采摘作业的劳动强度大，将自动化技术引入较多行走空间，影响种植密度。③面向我国国内草草莓采摘作业环节

6、，研发草莓采摘机器人成为亟待莓生长环境特点的采摘机器人研究较少，尚无样机解决的问题。问世。［2～5］［6］日本冈山大学、宫崎大学、美国佛罗里达针对国内外草莓生产、研究现状，本文对适用于［7］［8］［9～10］大学、我国上海交通大学和中国农业大学我国高架栽培草莓的采摘机器人进行研究设计，制相继开展了草莓采摘机器人的研究工作。日本国家造样机并进行实地采摘试验。收稿日期:2012-03-26修回日期:2012-04-04*国家自然科学基金资助项目(61075098)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2012XJ002)作者简介:张凯良，讲师，博士，主要从事特种机器人、机电一

7、体化研究，E-mail:zhang_kailiang@cau．edu．cn通讯作者:张铁中，教授，博士生导师，主要从事生物生产自动化研究，E-mail:zhangtz56@hotmail．com166农业机械学报2012年垂直且指向采摘目标所在的栽培床侧表面为Z轴1结构和原理正方向，在机器人作业过程中，该方向将会随实际采1.1工作环境摘目标的变化而改变;机器人摄像头所拍摄图像坐我国草莓高架栽培模式多用于温室(图1)，高标的x、y方向与参考坐标系的X、Y方向定义一致。架栽培床高105cm，宽40cm，长度