作品展示

目前我国果菜茶种植面积超过7亿亩，机器人成为行业的焦点。在传统茶、果园生产环境以及多数温室条件下，机器人需要自主导航行走并完成采收作业，但导航自行走与手眼协调作业的复杂融合具有极大的挑战性。 本作品以水平棚架生产环境中的葡萄为对象，构建了“履带式底盘—双机械臂”组合结构，并研发了“单RGBD相机—双臂—底盘”视觉伺服系统，突破了行间“激光雷达—陀螺仪”自主导航行走与视觉伺服的配合、单相机完成空间多目标的提取、“一目双臂”的通信和双臂作业空间的分配等关键技术，研发了自走式双臂葡萄收获机器人。 本机器人实现了葡萄园现场完全自主行走的双臂并行采收作业，葡萄识别成功率大于96%；采摘成功率大于90%；平均收获周期小于7s。

1、“激光雷达—陀螺仪”自主导航与视觉伺服的配合：使机器人自动搜寻并移向采摘目标，实现了基于视觉控制的智能行走。 2、单相机完成多目标的提取：实现了复杂环境下，果实目标的连续识别锁定和果梗采摘点的精准定位。 3、“一目双臂”的系统设计：采用拟人“眼—双臂”并行独立采摘方案，机械臂以相机视场为活动空间，对工作空间内的葡萄果串进行采收。

一、设计理念 面向葡萄园等实际生产的复杂场景下移动作业的需要，以机器人作业的适应性与高效率为核心目标，以实用性和科技兴农为出发点，本作品突破现有农业机器人的模式，提出了自主导航的“一目双臂”机器人采收方案，完成了整机研发，取得了良好的田间试验效果，有望实现采摘机器人技术的重要突破。 二、关键技术 1.智能行走：在复杂生产环境中，面向葡萄树行与地面条件变化大、果串空间随机分布等情况，采取航向信息与视觉信息融合的方法，使机器人自动搜寻并移向采摘目标，实现了行间自主连续作业。 2.多目标处理：针对葡萄果串大小不一、果梗长短不一等问题，采用RGB和深度信息融合的算法，根据图像数据和葡萄垂直悬挂生长特性，精确定位相机视野内所有果梗切割点的位置。 3.一目双臂：视觉系统将视野内有效采摘点信息按照“空间对称分割法”分配给相应臂独立作业。基于“顺序镜像法”，机械臂以采摘点深度值大小完成采摘作业顺序的规划。

葡萄是我国的重点特色高效农业，种植面积达1087.6万亩。其中鲜食葡萄约占中国葡萄总产量的83%，占全球总量的1/2。目前国内外鲜食葡萄的采收均完全依赖人工，采收作业已成为其产业链中成本最高的环节。据统计，我国鲜食葡萄的每亩采收人工费已超过800元。 本机器人预计全国的市场容量达20万台，将形成400亿元的产业规模，年节约采收成本约87亿元，同时可有效减少集中采收季节因缺少人工和天气因素带来的经济损失，推广应用价值极为广阔。