科创中国
一种适用于纺锤树形的四自由度机械臂苹果采摘机器人
成果类型：: 实用新型专利,新技术
发布时间: 2023-09-25 14:22:04
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 赵爱琴 | 2023-09-25 14:22:04
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。
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。
当前我国苹果生产环节机械化程度较低，果实收获多依赖人工，存在人工成本高和劳动强度大等问题。因此，开发苹果自动化采收装备，市场巨大、产业化前景广阔。
本成果包含的苹果采摘机器人集成果实识别与定位、机械臂等模块，实现了自动化采收功能。试验结果表明收获机器人的总成功率为78%，单果采摘时间为4s。该果实收获机器人有利于提高果园采收果实的效率，提高果实经济价值，为社会节约劳动力资源，缓解果园劳动力短缺的社会性难题。该果实收获机器应用前景十分广泛，可从降低劳动力成本和减少产量损失两方面实现经济效益的有效转化。
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。
借助相关科研项目的支持，本技术成果研发过程中已投入各类经费，取得了良好效益，特别是加工制造了试验样机，获得了多项专利授权，同时发表了多篇高水平文章，验证了本成果可靠性，具体内容在证明文件中。
本成果有效提升了研究团队的技术创新能力，起到了提高果园生产机械化水平、提升产业竞争力的积极作用。同时，本成果还对推动社会经济发展和科技进步也有一定意义，有助于保护自然资源，改善人民生活。
为了进一步推动本成果技术研究、更好地拓展市场、提升核心竞争力，决定通过技术合作方式进行转化，促进互相资源的共享，实现技术、市场、渠道等方面的优势互补。
双方应按照合作内容约定完成技术合作与转化，合作伙伴应按约定时间和金额进行投资。
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