【摘 要】
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草莓是我国受欢迎的水果之一,需求量呈现逐年递增的趋势。随着智慧农业技术的不断发展,采用智能温室大棚的高架种植技术逐渐得到推广。智慧农业中的智能大棚多采用连栋温室大棚,采用高架栽培模式可以提升大棚内的空间利用率。因此,设计实现一台全自主化的农业机器人,完成智能大棚内高架种植草莓的智能巡查与采摘,是未来无人化智慧农业的关键装备之一。本文先对方案进行整体设计,确定了机器人作业流程及功能,选定以NVIDI
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草莓是我国受欢迎的水果之一,需求量呈现逐年递增的趋势。随着智慧农业技术的不断发展,采用智能温室大棚的高架种植技术逐渐得到推广。智慧农业中的智能大棚多采用连栋温室大棚,采用高架栽培模式可以提升大棚内的空间利用率。因此,设计实现一台全自主化的农业机器人,完成智能大棚内高架种植草莓的智能巡查与采摘,是未来无人化智慧农业的关键装备之一。本文先对方案进行整体设计,确定了机器人作业流程及功能,选定以NVIDIA边缘计算平台Jetson Nano为核心,基于机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）开发。接着完成了结构设计、硬件选型、功能实现和整个系统的控制及任务规划,实现了一台草莓巡查采摘机器人样机。最后在模拟温室高架栽培环境进行了草莓采摘试验,进行性能测试并验证算法的有效性。机器人使用麦克纳姆轮底盘实现移动功能,基于ROS系统的Move＿base进行导航避障。为实现草莓采摘机器人自主探索未知地图,对比现有的SLAM算法和路径规划算法,融合RRT（Rapidly-exploring Randomized Trees）检测地图边界点,引导机器人导航到地图边界点并建图,循环往复构建地图,实现机器人自主探索建图的功能。机器人使用视觉机械臂实现采摘功能,采用眼在手上（Eye-In-Hand）的方式对机械臂完成手眼标定,基于Move It实现机械臂运动规划。设计了一种仿生夹爪作为末端执行器实现草莓采摘,考虑到边缘计算平台资源紧张的问题,测试对比后选定了硬件资源消耗较小的YOLOv4-Tiny目标检测算法来实现成熟草莓的识别和定位,在训练过程中,制作了样本数据集,通过旋转扩充样本数量避免出现过拟合现象。基于草莓识别定位,计算出草莓果柄的空间位置,配合仿生夹爪进一步实现了草莓果柄的夹持和剪切,达到无损采摘草莓的目的。本系统实现的机器人样机在模拟大棚高架环境中进行了可行性和可靠性验证,系统展现了一定的应用价值,可进一步市场化和商业化。
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