設施番茄采摘機器人設計與研究

黃煜宸，李陽瑞，朱彤天，季嘉佳*，楊 燕，顧 巖

（1.江蘇省鎮江第一中學,江蘇 鎮江 212013；2.江蘇省鎮江中學,江蘇 鎮江 212017）

0 引 言

我國設施番茄種植面積世界第一，產量大，采摘環境惡劣，人工采收成本高[1-3]。番茄采摘機器人是實現自動化采摘、提高采摘效率、降低人工成本的重要手段，同時也是目前農業機器人領域的研究熱點。

日本與歐美等發達國家較早展開了相關研究，各種采摘機器人已經投入使用。東京大學HIROAKI YAGUCHI 等[4]研發的番茄采摘機器人，由雙目立體相機識別后，末端執行器通過夾持扭轉方式實現果實收獲，平均采摘時間提高到23 s。國內雖然起步較晚，但已取得了不錯的進展。中國臺灣宜蘭大學CHIU 等[5-7]提出一種剪叉可升降式番茄采摘機器人，通過相機的移動實現不同位置番茄的檢測定位，實現番茄的采摘。

本文針對江蘇設施番茄種植園設施農藝要求，設計了一種溫室番茄采摘機器人，對其視覺識別系統、末端執行器、機械臂、底盤、輔助照明機構以及控制系統等進行詳細的介紹，并通過試驗驗證，為番茄采摘的機械化提供技術支撐。

1 番茄生長環境

本文針對江蘇設施番茄種植園培育的番茄果實進行研究，設施栽培具有陽光充足、日照時間長、冬暖夏涼、便于機械化收獲等優勢，如圖1 所示，壟高15～25 cm，壟面寬80 cm，壟底寬1 m，壟間距80～100 cm，便于底盤的行走，進而實現采摘作業。一壟雙行，行距40 cm，株距30～35 cm。

圖1 設施番茄生長環境

2 采摘機器人總體結構設計

番茄采摘機器人總體結構如圖2 所示，番茄采摘機器人由視覺系統、機械臂、末端執行器、升降機構、底盤、控制系統等組成。……