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一种适用于纺锤树形的四自由度机械臂苹果采摘机器人

发布时间: 2023-09-25

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式： 合作开发
成果类型： 实用新型专利,新技术
行业领域：
农、林、牧、渔业,农业,林业
成果介绍
西北农林科技大学机械与电子工程学院果园作业机械研究团队针对现有果园环境下机器人果实采摘效率低、采摘机械臂结构复杂等突出问题，系统研究了苹果智能收获相关关键技术，提出了一种适用于纺锤树形的四自由度机械臂苹果采摘机器人。 该采摘机器人集成了基于颜色阈值的双目感知系统，四自由度机械臂，真空式末端执行器和移动底盘，实现了苹果识别定位、抓取、分离、放置以执行采摘任务。基于李雅普诺夫方法设计了一种机械臂控制器，实现了机械臂的快速运动控制。在试验室与实际纺锤形果园中进行了采摘试验，对比分析了旋转-拉动作与拉动作的采摘效果，试验室中旋转-拉动作采摘成功率为78.00%，采摘循环时间约为4s。 开发的采摘机器人结构紧凑具有高扩展性，且基本实现了采摘苹果的任务，主要特点在于采摘循环时间具有竞争力，为未来提高采收效率提供了坚实的基础。
成果亮点
本技术成果以纺锤形苹果园为研究对象，设计了一种四自由度机械臂苹果采摘机器人，使用原型机进行了田间试验，完成了执行采摘果实的任务，提高了果实采摘效率，降低了机械臂成本。具有如下技术亮点： （1）提出了适用于纺锤树形的四自由度机械臂，机械臂结构简单紧凑，为主要的采摘和放置任务提供了足够的自由度。 （2）设计了一种基于李雅普诺夫方法的机械手控制器，实现了机械臂运动的快速控制，具备更高效的执行速度。
团队介绍
陈军，教授，主要从事果园作业机械研究，负责本成果研发过程重大关键技术与问题决策，统筹推进研究进展； 胡广锐，团队骨干，主要从事智能农业装备与技术研究，负责本成果机械结构设计和关键程序编写等工作； 周建国、陈超等团队成员，主要从事智能农业装备与技术研究，辅助完成本成果部分结构设计与优化、开展相关验证试验。
成果资料
产业化落地方案
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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”葡萄酒产业科技服务团 (中国农业工程学会) 评价时间：2023-11-22

李明

北京市农林科学院信息技术研究中心

研究员

综合评价

主要从科技成果创新水平，市场前景，产业化路径、投资风险与回报等角度对成果转化提出综合性评价意见和建议。 该成果以纺锤形苹果园为研究对象，设计了一种四自由度机械臂苹果采摘机器人，使用原型机进行了田间试验，完成了执行采摘果实的任务，提高了果实采摘效率，降低了机械臂成本，对传统苹果采摘技术升级有一定的引领性作用，技术创新性很强，且技术成熟，投资回报比较可靠，目标市场处于成长市场，但该市场很快会出现多种技术路线，产品竞争会很激烈。 另外，因在产品产量的稳定性方面论证不足，要特别预防环保、健康与安全风险，并需要进一步明确原料、产品以及降解产物的生物毒性。 总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，有利于当前政策要求，转化成熟度很高，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。
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