苹果四臂采摘机器人系统设计与试验
- 摘 要：
- 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.
关键词：采摘;机器人;苹果;多任务网络;多臂协同;应用试验
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