作品展示

本作品实现了一种基于仿生视觉与柔性抓取的柑橘采摘 机器人，主要由采摘硬件平台、仿生视觉系统和软体机械末 端组成。首先，搭建采摘机器人的硬件平台，规划相机与机械 臂的相对位置。然后设计一种基于仿生视觉理论的水果采摘 顺序规划方法，综合考虑每个果实的品质和深度距离，根据 优先采摘品质好、距离近的原则，计算出一组果实采摘先后 次序。采摘机器人的控制系统接收到采摘次序对应的果实坐 标，利用 ROS 系统控制机械臂，上位机控制软体末端进行采 摘。 本作品通过设计仿生视觉方法开发采摘机器人类人思 维,使采摘机器人具有非结构环境下的决策能力，能够优先采 摘成熟度较高、品质较好的水果，促进优质果实更快向市场 流动，有效扩大果实产业利润空间。

创新点一：基于仿生视觉实现水果采摘顺序规划，个性 化采摘优质水果。本作品设计了基于仿生视觉的采摘顺序规 划算法，将人脑认知机制移植于机器人，赋以类人化思维模 拟人脑认知决策的过程。 创新点二：自主设计仿生柔性末端，实现水果无损和高 效采摘。本作品设计的末端执行器具有刚柔结合的抓取结构。 利用柔性材料打印而成的仿生夹爪抓取较牢固，可自适应包 络不同外形的水果。

设计理念：通过摄像头采集图像数据后对果实进行检查和定 位，得到抓取点坐标后通过 ROS 机器人平台发送到机械臂移 动。移动到采摘点后上位机发送信号到单片机，单片机控制 软体夹爪抓取水果、剪刀剪断果梗，最后移动回到初始点，完 成采摘。 关键技术： ① 果实识别与定位系统： Kinect V2 采集图像信息，利用深度学习技术对树上果 实进行实时检测，根据实中心深度信息计算果实三维坐标， 完成果实识别与取点定位，并把坐标通过 ROS 系统发送到机 械臂。 ② 机械臂及末端控制系统： 主要硬件是六轴机械臂和软体末端，接收到果实的三维坐 标后，由 ROS 系统进行运动规划和路径规划并控制机械臂执 行动作，软体末端由 STM32 单片机控制夹爪，执行采摘动作。 ③ 剪夹混合式末端执行器设计： 本作品基于鳍条效应设计了仿生柔性夹爪，采用 TPU 柔 性材料，利用 3D 打印技术制作而成柔性机械手可自适应不同 尺寸、形状和重量的柑橘。夹爪上方安装气动剪刀，利用气压 驱动剪切机构快速切断果梗，对果实损伤小，采摘效率高。

本项目研究的智能水果采摘机器人将智能装备技术与采 摘方式深度融合，在模拟人工采摘的基础上，增添智能装备 具有的独特优势，为实现无人农场机器换人提供了可能性 ， 符合无人农场的基本特征，推广使用能够为无人农场的构建 打下坚实的基础。 未来消费者的个性化需求将主导采摘机器人的发展方 向，基于仿生视觉的采摘顺序规划方案恰好为个性化采摘服 务提供参考思路，加快了农业采摘技术服务时代的来临。