成果名称：黄瓜采摘机器人关键技术研究

申请单位：中国农业大学

成果编号：鉴字[教TP2011]第002号

鉴定日期：2011年3月7日

学 科：农业工程

成果内容摘要：

黄瓜采摘机器人是利用机器人的多传感器融合功能，对采摘对象进行信息获取、成熟度判别，并确定采摘对象的空间位置，实现机器人末端执行器的控制与操作的智能化系统。本成果主要研究内容包括：黄瓜采摘机器人系统设计；基于近红外图像的黄瓜果实信息获取技术；双目视觉标定技术；黄瓜采摘机器人视觉导航技术；基于嵌入式的果实采摘控制器研制；采摘机械臂及末端柔性手研制。研究中解决关键科学技术问题：基于多光谱段融合的非结构环境下果实信息获取与感知关键技术问题。该关键技术结合黄瓜特有的生物学特性，采用多光谱段和机器视觉相结合的信息获取技术，利用黄瓜光谱反射特征差异，引入方差差异分析选择表征黄瓜信息的敏感波段(800～820nm)，应用近红外光谱成像技术解决果实与茎叶信息分离问题，对近色系生物信息的图像识别具有极高的科学价值。

该成果开发了多视觉传感器融合技术，实现采摘机器人自主信息获取和基于近红外图像的近色系生物信息图像识别；建立温室环境下光照分析模型，实现了机器人自主导航运动；研制了具有自适应性的黄瓜采摘柔性机械手、轻型智能关节机械臂，实现了对黄瓜的无损采摘。平均采摘速度13秒/根，果实识别率和采摘成功率达95％以上。成果在如下方面具有创新性：(1)基于多光谱段融合的非结构环境下果实信息获取与感知技术；(2)采用近红外图像的近色系生物信息图像识别技术，解决了果实与茎叶信息分离问题；(3)研制黄瓜采摘柔性机械手和轻巧型黄瓜采摘机械臂，实现对黄瓜无损伤采摘。

研究过程中，申报发明专利10项(公开)、授权软件著作权5项。发表学术论文18篇，其中12篇被SCI/EI收录。多次在国内外学术会议交流，接受国外同行专家访问交流，得到国际同行认可。

作为我国第一台黄瓜采摘机器人，该技术为农业机器人走出实验室，进入自然环境的农田作业提供了重要的理论与技术支撑。该成果目前用于设施农业高新技术示范，展示农业机器人高新技术，已经在三个基地进行了示范应用。