苹果四臂采摘机器人系统设计与试验

TP242.6; 针对鲜食苹果智能化高效采收需要,该研究设计了四臂并行采摘的"采-收-运"一体式机器人系统,以代替人工采收作业.以中国矮砧密植高纺锤果树为对象,根据树冠内果实空间分布特征,提出了四臂并行采摘执行部件的作业方式;建立了基于多任务深度卷积网络的果实可见区域识别模型,实现受遮挡果实离散区域语义分割及其归属关系的端到端判别;在此基础上,根据果实表面局部点云信息对其质心进行空间定位;提出了基于时间最优的四臂协同采摘任务规划方法,以实现机械臂对树冠内不同区域的高效遍历.最后在采摘机器人关键部件集成的基础上,在矮砧密植标准果园进行生产试验.试验结果表明,机器人对树冠内可见...

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Published in农业工程学报 Vol. 39; no. 13; pp. 25 - 33
Main Authors 冯青春, 赵春江, 李涛, 陈立平, 郭鑫, 谢丰, 熊子聪, 陈凯文, 刘城, 严童杰
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 北京市农林科学院智能装备技术研究中心,北京 100097%国家农业智能装备工程技术研究中心,北京 100097%农业智能装备技术北京市重点实验室,北京 100097 01.07.2023
Subjects
robot
apple
机器人
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采摘
苹果
harvesting
multi-arm collaboration
多臂协同
多任务网络
应用试验
multi-task network
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202305114

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Abstract TP242.6; 针对鲜食苹果智能化高效采收需要,该研究设计了四臂并行采摘的"采-收-运"一体式机器人系统,以代替人工采收作业.以中国矮砧密植高纺锤果树为对象,根据树冠内果实空间分布特征,提出了四臂并行采摘执行部件的作业方式;建立了基于多任务深度卷积网络的果实可见区域识别模型,实现受遮挡果实离散区域语义分割及其归属关系的端到端判别;在此基础上,根据果实表面局部点云信息对其质心进行空间定位;提出了基于时间最优的四臂协同采摘任务规划方法,以实现机械臂对树冠内不同区域的高效遍历.最后在采摘机器人关键部件集成的基础上,在矮砧密植标准果园进行生产试验.试验结果表明,机器人对树冠内可见果实的识别率为 92.94%,被识别果实中定位精度满足机器人采摘操作要求的比例为 90.27%;机器人平均采摘效率为 7.12 s/果,其中四臂协同采摘效率约为单臂采摘效率的 1.96倍;对可见果实采摘成功率为 82.00%,对树冠内全部果实的采收率为 74.56%,枝叶遮挡干涉是造成采摘失败的主要原因.该研究可为鲜果智能化采摘模式的探索应用提供技术支撑.
AbstractList TP242.6; 针对鲜食苹果智能化高效采收需要,该研究设计了四臂并行采摘的"采-收-运"一体式机器人系统,以代替人工采收作业.以中国矮砧密植高纺锤果树为对象,根据树冠内果实空间分布特征,提出了四臂并行采摘执行部件的作业方式;建立了基于多任务深度卷积网络的果实可见区域识别模型,实现受遮挡果实离散区域语义分割及其归属关系的端到端判别;在此基础上,根据果实表面局部点云信息对其质心进行空间定位;提出了基于时间最优的四臂协同采摘任务规划方法,以实现机械臂对树冠内不同区域的高效遍历.最后在采摘机器人关键部件集成的基础上,在矮砧密植标准果园进行生产试验.试验结果表明,机器人对树冠内可见果实的识别率为 92.94%,被识别果实中定位精度满足机器人采摘操作要求的比例为 90.27%;机器人平均采摘效率为 7.12 s/果,其中四臂协同采摘效率约为单臂采摘效率的 1.96倍;对可见果实采摘成功率为 82.00%,对树冠内全部果实的采收率为 74.56%,枝叶遮挡干涉是造成采摘失败的主要原因.该研究可为鲜果智能化采摘模式的探索应用提供技术支撑.
Author 赵春江
李涛
熊子聪
陈立平
严童杰
冯青春
郭鑫
刘城
陈凯文
谢丰
AuthorAffiliation 北京市农林科学院智能装备技术研究中心,北京 100097%国家农业智能装备工程技术研究中心,北京 100097%农业智能装备技术北京市重点实验室,北京 100097
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CHEN Kaiwen
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