基于目標識別、定位與控制技術的采摘機器人

一、成果基本信息

二、成果簡介

    采摘機器人作為一種典型的智能農業裝備，不僅集成了機器人、傳感和控制等先進技術，而且需要適應復雜的農業場景，因此其開發和研制具有很高的技術難度。目前制約采摘機器人性能提升的技術瓶頸主要集中在目標識別、定位與控制等難題。本項目以刺梨、西紅柿、櫻桃采摘機器人為研究對象，圍繞刺梨、西紅柿、櫻桃采摘機器人的目標識別、定位與控制技術展開研究，涉及刺梨、西紅柿、櫻桃采摘機器人的軟硬件系統設計、圖像處理、機器學習以及視覺伺服等方面的理論研究、技術實現和試驗驗證，本項目取得的成果包括：

（1）設計和開發了采摘機器人軟硬件系統。設計了采摘機器人雙機械臂結構、剪切式和氣吸式兩種末端執行器以及采摘機器人移動底盤。針對采摘機器人各子系統對控制性能的需求不同，研發了基于EtherCAT總線的采摘機器人驅動控制系統和基于Arduino的控制系統。采摘機器人的軟件系統采用基于ROS的邏輯分層、功能模塊化設計方案，編寫了面向硬件的驅動層程序和面向功能的應用層程序。

（2）研究了一種基于特征圖像融合的圖像分割方法。通過提取L*a*b*和YIQ顏色空間模型下的a*-component特征圖像和I-component特征圖像，采用小波融合方法，對a*-component特征圖像和I-component特征圖像進行像素級融合。

（3）研究了一種基于級聯分類器的目標識別算法。通過離線訓練分別得到適用于目標識別的AdaBoost分類器和基于平均像素值的顏色分類器，采用級聯的方式將兩個分類器組合，用于采摘機器人的在線目標識別。

（4）研究了一種基于雙目定位的采摘機器人控制方法。利用雙目視覺獲取采摘機器人作業場景的點云信息，構建起采摘機器人現場作業的三維虛擬環境，然后在虛擬環境中對目標果實進行空間定位，根據定位結果進行機械臂運動軌跡規劃獲取機械臂各關節的運動參量，最后控制機器人完成采摘作業。

（5）研究了一種基于視覺伺服的西紅柿采摘機器人微操控制方法。使用眼在手上構型方式，構建起采摘機器人視覺伺服控制系統，然后建立采摘機器人的眼手關系模型，

三、成果轉化預期：

社會效益：

  (1) 急速增長的農產品需求與農業勞動力的巨量缺口之間存在難以調和的矛盾，機器人代替人工從事農業生產是未

來農業的必由之路，而農業又恰恰是所有行業中應用機器人技術最晚的行業，因此有必要大力發展農業機器人技術；

  (2) 當前社會對食品安全問題非常關注，有效保障農產品的質量和安全是農業機器人技術的優勢之一；

特別聲明

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項目聯系人 ：趙經理  

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