创汇型特色农产品芦笋选择性高效采收机器人

发布时间: 2023-09-08

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：合作开发

成果类型：发明专利,实用新型专利,软件著作权,新技术

行业领域：

高端装备制造产业,智能制造装备产业

成果介绍

芦笋富含营养且具有抗癌保健功效，被誉为“蔬菜之王”，目前国际上白芦笋采收仍以人工作业为主，成本高、费时费力。白芦笋是我国出口额最大的单一蔬菜品种，攻克白芦笋采收技术瓶颈，对提高芦笋产业的国际竞争力意义重大。针对白芦笋选择性采收中，笋尖与垄面存在纹理和颜色相近、垄面笋尖多场景识别的鲁棒性不足等视觉识别难题，构建了采收机器人平台，并进行了室内与田间采收试验。试验结果验证了白芦笋选择性收获机器人的有效性和可行性，突破了笋芽高速采收的瓶颈问题，为选择性收获和触土部件创新设计提供新思路新方法，具有重要的学术意义和工程价值。

成果亮点

（1）突破了高效低损采收的技术瓶颈。项目设计并优化了刚柔耦合的末端执行器新结构，实现了高速入土、快速切笋、取笋出土，同时，结合多臂协同提升采收速度，提高了采收效率与采收质量。（2）创新了无补偿的网捞采收模式。国外采用“原位采收+运动补偿”的模式实现白芦笋的不停车收获，结构冗余，控制复杂。受“行船中下网捞鱼”启发，我们创新设计了“非原位+无补偿+网捞采收”的新模式和新机构，同时考虑了采收过程与机器行走的运动协同，突破了国外采收模式的框架局限。（3）实现了智能化选择性采收控制。由于笋芽成熟时间不同，垄面背景复杂，出土笋尖目标小，笋芽脆嫩多汁，需要仿人工选择采收，机器能够自主跨垄行走，准确识别待采收笋尖，自动地完成“入土-切断-取出-集箱-垄面修复”的一体化的作业过程，实现了白芦笋采收机器人的智能化选择性采收。装备性价比高、市场前景广阔。本项目研发的白芦笋采收机器人具有小型化、动力需求小、自动化程度高、成本效益高的特点，能够填补白芦笋采收装备空白，满足国内外不同种植面积的客户要求，市场前景广阔。

团队介绍

山东农业大学苑进教授团队依托“山东省园艺机械与装备重点实验室”和“山东省农业装备智能化工程实验室”单位，主要从事于农业机器人技术与装备人工智能与智能农机装备技术、精准农业技术与装备、植保机械等领域研究。近年来在智能农机装备、精准农业和机电控制等学科主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后基金、山东省农业重大创新项目、山东省重点研发计划项目等项目，参与了863重点项目、科技部成果转化项目、工信部重大专项等十余项科研课题。实验室教师队伍现有固定成员7名，其中教授2名。实验室现就读硕士研究生10名，博士研究生9名。在国内外重要学术刊物：Computers and Electronics in Agriculture、Biosystems Engineering、Agriculture、农业工程学报、农业机械学报等期刊上累计发表SCI/EI论文66余篇；申请专利280项，已授权发明专利68余项，已授权实用型新133余项，软件著作权8项，参编英文专著1部。国家科技进步奖二等奖2项，上海市科技进步奖一等奖1项等奖项。

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”农机装备产业科技服务团 (中国农业机械学会) 评价时间：2023-11-21

张俊宁

北京信息科技大学

教授

综合评价

目前国际上白芦笋采收仍以人工作业为主，采收时间长，劳动强度大，效率非常低。白芦笋地下生长，不断抽发成熟，脆嫩易损伤，高效机械化采收是国际性难题，已成为制约芦笋产业发展的瓶颈。项目团队提出基于深度学习的笋芽快速识别与定位方法，满足复杂农田环境下笋芽检测的鲁棒性，实时性要求；提出末端执行器结构与采收作业的多目标优化控制策略，提高采收精度；提出平台移动、笋芽定位和采收作业“走-看-采”协同的控制方法，提高作业效率，降低漏采率。总体而言，该项目的实施对白芦笋智能化采收生产起到了引领作用，项目成果技术先进、成熟度高，整体技术达到国际先进水平。建议进一步提升装备可靠性，加快推广应用。

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