基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计

基于ＰＬＣ和机器视觉的采摘机器人智能控制系统设计白　克（河南经贸职业学院，郑州　４５００１８）摘　要：利用ＰＬＣ和机器视觉技术，采用图像传感器拍摄水果图像，提取出目标水果图像的坐标和位姿，并以此驱动控制采摘机器人以最优路径和最佳姿态采摘到目标水果。

为了验证系统稳定性，在苹果种植区进行了实际采摘试验，结果表明：采摘机器人机械手可以稳定抓持到目标苹果并完成采摘过程，且期间耗时较短，具有较强的稳定性。

关键词：采摘机器人；最优路径；ＰＬＣ；机器视觉；图像传感器中图分类号：Ｓ２２５．９３；ＴＰ２４２ 文献标识码：Ａ文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０２１）０２－０２１２－０５０　引言我国是水果种植大国，水果种植面积巨大，生产规模呈现多元化格局，且品种多、收获期长、虫害多。

目前，普遍使用机械式采摘技术，虽能提高工效，但容易造成水果优劣并收的尴尬局面。

若使用常规的手工采摘水果，则面临着劳动强度大、劳动费用高的问题。

为此，设计了一种基于ＰＬＣ和机器视觉的采摘机器人智能控制系统，可以实现对水果的自动采摘，能够大大提高农民种植效益。

１　基于机器视觉的水果特征提取１．１　机器视觉系统的原理机器视觉是利用视觉传感器将目标水果的图像拍摄下来，转化成图像信息，送给图像采集卡进行处理，并由其根据色彩、颜色等信息转化成数字信号；再经图像处理对其做进一步的特征提取，并根据计算和判断结果由ＰＬＣ控制系统驱动设备进行采摘动作。

机器视觉系统组成框架如图１所示。

图１　机器视觉系统组成框架Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ收稿日期：２０１９－０８－２０基金项目：河南省重点科技攻关项目（１７２１０２２１０１５５）作者简介：白　克（１９８１－），男，河南信阳人，讲师，硕士，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｍｉｃｈａｅｌ＿ｗｈｉｔｅ＠１２６．ｃｏｍ。

１．２　目标水果图像的坐标提取利用机器视觉将目标水果的图像从背景环境中识别出来，并通过图像处理和轮廓提取计算出目标水果的坐标和位姿，然后实现采摘机器人的自主采摘。

一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计郭素娜;张丽;刘志刚【摘要】为了提高葡萄采摘机器人自主导航能力,增强对葡萄成熟度的准确识别功能,降低漏采率和误采率,设计了一种新式的基于RSSI 自主导航和颜色特征提取的葡萄采摘机器人. 该机器人使用 RSSI 定位技术,首先对装有无线传感器的葡萄树进行定位,然后利用机器视觉系统对葡萄的成熟度进行判断,并对满足采摘条件的葡萄使用机械手进行采摘. 对葡萄采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:机器人对装有传感器的葡萄树的准确识别率达到了95%以上,对葡萄成熟度的判断达到了98%以上,是一种相对高效的葡萄采摘机器人.%In order to improve the autonomous navigation capability of grape picking robot, and strengthen the function of accurate identification of the grape maturity, lower leakage rate and error rate, a new type of autonomous navigation and color feature extraction based on RSSI grape picking robot has been designed.Grape picking robot using RSSI positioning technology first fixing the vine with wireless sensors, then use the machine vision system on grape maturity of judgment, and to meet the use conditions of the grapes picked for picking manipulator.Grape picking robot performance was tested, by testing found that the robot with sensors of vine of accurate recognition rate reached more than 95%, their appreciation of the grape maturity reached more than 98%, high recognition rate,which is a relatively efficient grape picking robot.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】5页(P20-24)【关键词】葡萄采摘;自主导航;颜色识别;漏采率;机器人【作者】郭素娜;张丽;刘志刚【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;南昌大学,南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】S225.93;TP242最早的机械采摘方法是采用机械振摇式和气动振摇式，随着科学技术的发展，农业机器人在国内外迅速发展起来。

智能移动水果采摘机器人的设计智能移动水果采摘机器人的设计随着社会的不断发展，农业也迎来了新的发展机遇。

传统的种植方式已经无法满足市场需求，需要采取更加智能化的方式来提高农业生产效率。

本文就介绍一种智能移动水果采摘机器人的设计方案，为农业生产带来更多的效益。

一、设计要求智能移动水果采摘机器人是一种基于自主驾驶的机器人系统，它需要完成以下任务：1. 实现自主驾驶功能，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。

2. 机器人需要具备高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息。

3. 机器人需要有足够的机动性，能够适应不同果树的树形结构和果实分布情况。

4. 机器人需要安装视频监控和通讯设备，以便于监控和控制机器人的运行。

二、设计原理智能移动水果采摘机器人的设计基于自主驾驶技术和机器视觉技术。

机器人安装有GPS定位系统和激光雷达传感器，能够自动识别种植区域，通过机器视觉技术检测果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。

机器人采用电动驱动方式，可以通过遥控器、智能手机和电脑等方式实现对机器人的集中控制和监控。

机器人的运动方向和采摘作业的时间都可以通过程序来控制，确保机器人能够高效而准确地完成采摘任务。

三、技术特点智能移动水果采摘机器人的设计具有以下几个方面的技术特点：1. 自主驾驶智能移动水果采摘机器人是基于自主驾驶技术的机器人系统，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。

采用先进的GPS定位系统和激光雷达传感器，能够实现精准的定位和导航，避免机器人对树枝和果实造成伤害。

2. 机器视觉智能移动水果采摘机器人的另一个特点是机器视觉技术。

机器人安装有高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。

这大大提高了采摘的效率和准确性。

3. 机动性智能移动水果采摘机器人还具有足够的机动性。

机器人可以自由行走在果树之间，自动适应不同果树的树形结构和果实分布情况。

同时根据机器人监测到的果实信息，可以采取不同的采摘方式，满足不同果实的采摘需求。

多臂采摘机器人的初步设计——采摘手的设计1.绪论1.1研究内容及意义果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节,其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作。

但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因,使得能够从事农业生产的劳动力越来越少,单靠人工劳作已经不能满足现有的需要。

随着计算机图像处理技术和各种智能控制理论的发展,使采用机器人采摘果蔬成为可能。

果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜, 可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统, 是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学, 需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面学科领域知识。

采摘机器人将在解决劳动力不足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性、减轻农业化肥和农药对人体的危害、提高采摘果蔬的质量、降低采摘成本、提高劳动生产率、保证果蔬的适时采收、提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。

国际上, 一些以日本和美国为代表的发达国家,已经从20世纪80年代开始研究采摘机器人,并取得了一些成果。

而我国在该领域中的研究还处于起步阶段,因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平,使其为我国农业的生产和发展做出重大贡献。

全套图纸，加1538937061.2研究现状果蔬采摘机器人的研究开始于20 世纪60 年代的美国( 1968 年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式。

其缺点是果实易损、效率不高，特别是无法进行选择性的收获，在采摘柔软、新鲜的果蔬方面还存在很大的局限性。

但在此后，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，采摘机器人的研究和开发技术得到了快速的发展。

1.2.1国外研究现状在日本、美国等发达国家，农业人口较少。

随着农业生产向规模化、多样化、精确化的方向迈进，劳动力不足的现象越来越明显。

智能制造数码世界 P .277基于STM32单片机的全自动采摘分类一体机林志刚 高怀栋 莆田学院信息工程学院 指导老师：宋娜摘要 ：本文针对柑橘采摘过程艰辛，占用大量劳动力问题设计了一款全自动柑橘采摘分类机。

该系统主要由STM32作为主控芯片、摄像头识别模块、机械臂抓取及剪切模块、果实分类模块、车身行走模块及电源模块等几部分组成。

主要功能是通过摄像头自动识别果树位置，通过摄像头识别柑橘的具体位置，并且借助机械臂抓取剪切采摘柑橘，车身采用履带式行走，可以适应更多地形。

关键字：摄像头识别 机械臂抓取 分类采摘前言柑橘是我国生产的主要果品，柑橘类属芸香科柑橘亚科柑橘族的植物，其年产量是非常可观的，柑橘因种植地的不同，叫法也不一样，在古代有南橘北枳一说。

目前，柑橘和枳收获作业主要还是靠人工完成，但柑橘树干高低不一，采摘危险性高、作业环境差，分类运输成本高，既耗时又费力，给果农带来了很多麻烦。

”因此，基于这样的现状设计了一款水果采摘装置，解决了大量的柑橘采摘问题。

1 智能采摘机的创作与创新柑橘全自动采摘一体机，它能够通过履带式自由行走，在果园内通过摄像头识别果树上形状标识符，使它能够识别果树位置，从而到达果树的可采摘范围之内。

它能够通过摄像头进行颜色预识别，分辨出成熟柑橘，控制机械臂，移动摄像头位置，使柑橘处于摄像头成像平面的正中心，通过末端机械臂抓取、剪切、最终实现摘取柑橘。

柑橘采摘完后抓取装置松开，柑橘掉入到软性传送装置，连接到果树分类装置。

软性传送可以保证在整个采摘过程中不会造成磕碰损伤柑橘。

柑橘到达分类处，经过称重传感器，对柑橘的大小进行识别，识别数据传输到主控芯片上，通过预先设计的柑橘重量的数据对柑橘进行分类，并且控制舵机将柑橘拨到不同的框中存放。

当篮框内的柑橘到达一定数量，红外传感器可以通过检测遮挡物判断框柑橘已满。

采摘车可以返回到起点处，人工卸下柑橘并继续进行采摘过程，或者通过蜂鸣器报警提醒。

基于自动化的采摘机器人随着科技的快速发展，自动化技术已经深入到各个领域，其中农业领域也不例外。

近年来，基于自动化的采摘机器人已经逐渐成为农业领域的研究热点。

这种机器人的出现，不仅可以提高采摘效率，降低人工成本，还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。

一、自动化采摘机器人的研究现状目前，自动化采摘机器人的研究主要集中在视觉识别和机械臂抓取两个环节。

在视觉识别方面，通过深度学习和计算机视觉技术，机器人可以识别并跟踪目标植物，确定最佳的采摘位置和时间。

在机械臂抓取方面，机器人通过高精度的传感器和算法，可以模拟人类的手部运动，准确地抓住目标植物，并完成采摘。

二、自动化采摘机器人的应用场景自动化采摘机器人可以应用于各种需要大量人力的农业领域，如水果、蔬菜、鲜花等。

以水果采摘为例，机器人可以识别出成熟的水果，并准确地抓住它们，大大提高了采摘效率。

此外，机器人还可以在危险的环境下工作，如高压电线附近或农药残留严重的区域，降低了人类的工作风险。

三、自动化采摘机器人的挑战与前景虽然自动化采摘机器人的研究已经取得了一定的进展，但是在实际应用中仍然存在一些挑战。

例如，机器人的视觉识别系统还需要进一步提高精度和稳定性，以适应各种复杂的环境。

此外，机器人的机械臂也需要进一步提高抓取的准确性和力度控制，以适应不同大小和形状的水果。

然而，自动化采摘机器人的前景非常广阔。

随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，机器人将在农业领域发挥越来越重要的作用。

未来，我们可以期待看到更多的自动化采摘机器人在农田、果园、温室等地方工作，为农业生产带来更多的便利和效益。

四、结论基于自动化的采摘机器人是农业领域的一种创新技术，具有广泛的应用前景和重要的实际意义。

通过深度学习和计算机视觉技术，机器人可以识别并跟踪目标植物，通过高精度的传感器和算法，可以模拟人类的手部运动，准确地抓住目标植物，并完成采摘。

这种机器人的出现，不仅可以提高采摘效率，降低人工成本，还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。

基于单片机的仿人多指番茄采摘机械手设计李珑(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000)摘要：通过利用仿人多指采摘机械手，可以实现番茄采摘过程的自动化，这就极大地提升了采摘工作的效率。

对基于 单片机的仿人多指番茄采摘机械手的设计问题进行一些有意义的探讨，希望对相关工作有所借鉴。

关键词：单片机；番茄采摘；仿人多指机械手dci：10. 3969/j.issn.1006 -8554.2018.01.0331果实采摘中应用机器人技术的意义现代化社会的一个典型特点就是各种科学技术高度发达，而且在社会生产和生活中得到广泛的应用。

以可编程机器人 技术为例，它的出现和不断完善使得人类的很多传统生产模式 被改变，可编程机器人已经可以代替很多传统必须依靠人类劳 作的生产工作岗位，这一方面降低了劳动强度，使人可以从生 产岗位上被解放出来，转而去从事一些生产协调和指挥的工 作;另一方面也极大地提升了生产效率，而且因为排除了人为 不稳定因素干扰的缘故，使得生产质量得到大幅度提升。

近年来，随着计算机编程和自动化控制技术的进一步提 升，可编程机器人的动作灵活性和自动化控制水平也在不断提 高，而这促使机器人的用途也更加广泛。

比如在果实采摘领 域，只要所设计的多指采摘机械手（如图1所示）具备足够的灵 活性和柔性，能够保障果实的采摘破损率在可接受的范围内，那么应用机器人来代替人类进行果实采摘就不失为一个好途 径。

笔者正是基于这一考虑，对基于单片机的仿人多指番茄采 摘机械手的设计进行一些有意义的探讨，希望为实现果实采摘 自动化提供参考和借鉴。

图1仿人多指机械手2总体设计鉴于番茄采摘工作对手指动作的灵活性有着较高的要求，所以对仿人多指机械手的动作控制就提出了更高的要求。

为了实现动作的灵活性，需要对采摘中涉及到的运动方式进行精 确地分析，并构建相应的数学模型。

在此基础上，可以通过运 用不同的驱动方式来精确实现采摘。

至于对采摘动作尤其是手指运动的控制，可以使用P ID闭环反馈控制系统来实现。

采摘机器人定位导航系统设计—基于无线传感网络和机器视觉方华丽，吴晴（河南工业职业技术学院，河南南阳473000）摘要：为了提高采摘机器人定位导航效率，改变单一的定位导航模式，将无线传感网络和机器视觉系统引入到了定位导航系统的设计上，通过联合定位的方式，提高导航效率。

进行定位时，首先，由无线传感网络定位系统迅速定位作业区域，采摘机器人规划路径自主到达指定作业区域；然后，利用机器视觉系统对果实进行图像采集，采用图像匹配功能发现成熟待采摘果实，执行采摘任务。

对定位导航系统进行了测试，结果表明：采用联合定位的方式可以明显提高采摘机器人定位导航效率和定位的精度。

关键词：采摘机器人；无线传感网络；机器视觉；联合定位；自主导航中图分类号：S225；TH132.4文献标识码：A文章编号：1003-188X（2021）09-0199-05 0引言随着农业智能化和自动化技术的不断发展，采摘机器人被应用到农业生产中。

由于技术尚未成熟,采摘机器人在作业过程中也暴露出了不少的弊端，如定位导航效率低及米摘精度不高等。

这是由于在定位导航时，如果采用单一的机器视觉系统，机器人不能够迅速及时地锁定作业区域，导致导航效率低，路径规划或者避障精度不高等。

因此，将基于无线传感网络和机器视觉系统两种方案引入到了采摘机器人的定位导航系统的设计上，以提高导航的效率和精度。

1采摘机器人自主定位导航系统采摘机器人定位导航功能主要分为两部分:一部分通过自主定位锁定作业区域,然后通过路径规划以最短的距离到达指定的作业区域，并避开障碍物；另一部分功能是对成熟果实进行锁定，执行采摘任务。

对于目标作业区域的定位可以通过无线网络定位来实现,果实的锁定可以利用机器视觉系统，通过对果实图像的采集和成熟度匹配，锁定成熟待采摘果实。

因此，采摘机器人定位系统的设计可以分为两部分,一部分无线传感定位模块，一部分是机器视觉模块,其基本框架如图1所示。

收稿日期：2015-05-20基金项目：河南省自然科学基金项目（202GZC27）作者简介：方华丽（275-）,女，河南许昌人，讲师，硕士，（E-mail）279373506@qq.cm。

第10期2023年5月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.10May,2023作者简介:刘扬(1999 ),男,湖南邵阳人,本科生;研究方向:机械设计制造及自动化㊂基于单片机的无线智能采摘机器人设计刘㊀扬,段元梅(湖南科技学院智能制造学院,湖南永州425199)摘要:随着机器人㊁计算机图像处理和人工智能技术的成熟,采摘机器人的研究和开发技术得到了快速发展㊂文章基于STM32设计实现的无线智能采摘机器人,主要由机械结构部分和无线智能控制系统两部分构成㊂机械结构包括可移动载体㊁机械手臂㊁夹持器和横向滑动装置㊂无线智能控制系统主要包括计算机㊁伺服电机驱动㊁双CCD 摄像机㊁传感器控制模块㊁数据采集卡㊁GPIB 卡㊁运动控制卡㊁锂电池供电箱㊁GPIB 卡和控制系统㊂该无线智能采摘机器人,可针对标准化种植的苹果㊁梨等现代果园,集成视觉识别㊁柔性抓取㊁智能控制等人工智能和机器人技术,自主利用机械手臂,完成果实采摘和放置等动作,实现苹果等水果的无人采摘㊂关键词:单片机;无线智能;采摘机器人;传感器中图分类号:TP311㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀随着人工智能㊁无线互联㊁物联网等技术运用到传统的果园生产中,智慧果园已引起水果市场和生产方式的变革,使水果生产经营更加系统化㊁产业化㊁商业化,也促进小农户和现代果业的有效衔接[1]㊂由于采摘的作业空间环境,采摘目标自身的特点,传统的采摘作业耗时又耗力,因此基于人工智能的智慧果园采摘系统应运而生㊂水果种植和果园管理由于农艺复杂精细,仍属于劳动密集型产业[2]㊂部分农艺如套袋摘袋㊁疏花疏果㊁剪枝采收等作业环节,传统机械化农机无法应用,面临着用工难用工贵的劳动力短缺问题㊂以机器人㊁人工智能和无线通信技术为基础的果园作业机器人是代替人工解决上述问题的最佳方案[3]㊂智慧果园机器人作业主要实现果园水肥药一体化施用㊁中耕除草㊁果园生长状态监测㊁采收运输等关键作业环节的机器人化作业,大大降低人工劳动强度,实现果园生产的自动化和智能化[4]㊂本文在智慧果园背景下,实现无线智慧采摘,从而降低果园采收运输成本,提高采收作业效率㊂1㊀分析与设计1.1㊀需求分析与总体流程㊀㊀通过前期调研分析,随着劳动力从农村向城市的转移,在果园管理中,果园将更多的机械取代人工,最大限度地实现省力化才是正确的发展方向㊂由 省钱 向 省力 转变㊂现有大部分果园里的采摘机都是人工控制行走,而且采摘机的高度可调范围较小,具体采摘需要手动控制㊂部分果园在原有采摘机的基础上,扩展了一些自动功能,但扩展成本较高,仍然需要人工控制,并不能提高果园的效益㊂若在现有的采摘机基础上,加上无线控制系统,并搭载末端执行自动抓取功能,实现自动识别成熟果实,将大大提高采摘的效率,且不受环境影响,从而满足果园对劳动力的需求㊂因此,果园管理应顺应时代发展潮流,用智能采摘取代人工或半人工采摘,实现省力化和标准化㊂基于上述需求和问题分析,本文确定无线智能采摘机器人的主要功能如下:通过双CCD 摄像头和激光雷达来实现地图定位与构建,根据定位和地图信息,通过路径规划算法使无线智能机器人实现自主避障并前往目标位置㊂到达目标位置后,机械臂自主抓取成熟果实将其储存至智能小车上㊂本文设计的无线智能采摘机器人的整体运作流程,如图1所示㊂1.2㊀智能机器人的相关技术分析1.2.1㊀目标检测技术㊀㊀本文设计的无线智能采摘机器人对目标水果的检测采用YOLOv 算法实现㊂YOLOv 的主要原理是将对象检测问题分解为对象边界框的定位㊁类别分类和精度估计㊂基于此3个问题,本文设计水果的目标检测为3个步骤:第一,生成一系列感兴趣区域,将其作为候选区域㊂第二,对每个感兴趣区域进行分类判断与置信度得分㊂第三,使用非极大值抑制NMS 来筛选最准确的检测框与类别㊂生成一系列感兴趣区域,需要从基础的水果图像分类出发㊂在水果分类中,输入一张图像,再由模型输出所属的类别㊂对于目标检测,YOLOv 算法与图像分类的区别是:一张图像上可能有多个类别目标,每个类别的数量也不尽相同,分布在整张图像上㊂本图1㊀整体运作流程文设计的想法是:每次提取图像中的一小块矩形区域,然后预测该矩形区域内图像的类别,这样就能得到目标的类别和位置㊂这就是第一步的生成感兴趣区域过程㊂对这些区域进行分类判断并输出置信度得分,必须对每个框内图像都进行一次分类与置信度打分,然后对于阈值在0.9分之上的框进行保留,那么这些框就是本文检测到的目标位置㊂由于每个锚框都进行了预测,所以结果很可能出现多个框预测的都是同一个目标,因此第三步需要进行非极大值抑制去重㊂非极大值抑制在目标检测的主要作用是对两个重叠程度超过0.5的预测框,只保留其中置信度较高的框㊂重复此次过程,直到框的数量不再发生改变,那么就可得到最终去重后的目标结果㊂1.2.2㊀无线控制技术㊀㊀此次设计是在传统采摘机上加上无线控制技术,通过无线控制调度,发送目标点位置㊁采摘成熟果实㊁运送等指令㊂采摘机器人的行走无线控制系统由控制面板㊁导向传感器㊁方向电位器㊁状态指示灯㊁避障传感器㊁光电控制信号传感器㊁驱动单元㊁导引磁条㊁电源组成㊂无线控制技术是根据导向传感器所得到的位置信息,按相关路径所提供的目标值计算出实际控制命令值,即给出设定速度和转向角,这是无线控制技术的关键㊂无线控制导向有多种方法,比如说利用导向传感器的中心点作为参考点,追踪引导磁条上的虚拟点就是其中的一种㊂无线控制目标就是通过检测参考点与虚拟点的相对位置,修正驱动轮的转速以改变采摘机器人的行进方向,尽力让参考点位于虚拟点的上方㊂这样无线控制就能始终跟踪引导线运行㊂在无线控制机器人上安装机器臂,在特殊工作环境下代替人工作业,本文就是利用此无线控制技术实现水果的采摘㊂1.2.3㊀机械臂技术㊀㊀机械臂控制技术是实现水果智能采摘的关键技术㊂机械臂的结构一般由两个部分组成:机械臂本体和控制系统㊂机械臂本体由多个关节组成,每个关节可以实现不同的运动,如旋转㊁抬升㊁收缩等㊂控制系统是机械臂的核心,它可以控制机械臂的运动,使其能够实现预定的动作㊂本文设计的无线智能采摘机器人的机械臂采用ROS系统进行通信㊂传统的ROS机械臂采用的建模对机械臂自由度要求较高,多数需要5~6自由度的机械臂,同时对机械臂运动的平稳度也有极高的要求㊂本文采用低自由度的机械臂,通过几何法实现运动规划,ROS系统仅用于话题通信㊂这样工程量少㊁机械臂制作简单且成功率较高㊂同时,利用二维码辅助识别位置姿态㊂先根据图像颜色进行无线控制的整体分割,再对分割后的图像进行处理,利用二维码作为角度标识,利用二维码的角度偏转,确定机械臂需要偏转的角度,将角度反馈给上位机进行处理,同时根据二维码信息确定无线控制的相关信息㊂2　无线智能采摘机器人的实现2.1㊀硬件部分的实现㊀㊀本文设计的智能采摘机器人的硬件平台,为机器人进行成熟果实识别与采摘奠定了坚实的基础,其各个部件的作用各不相同,结合起来实现采摘机器人的自动控制㊂可移动载体是智能机器人的基础,是其他控制采集系统的平台,智能采摘机器人的信号采集㊁电机驱动㊁传感器模块及智能控制系统都需要以可移动载体为载体㊂可移动载体采用履带行走方式,履带式移动载体与地面接触面积大,受力面积大,给地面的压力小,适合在松软的果林路面上行进㊂机器人行走装置根据智能控制系统的指令进行驱动,伺服电机采用直流供电㊂机械手臂装置采用多关节机械手臂,有3个主自由度,可以做转动和移动的动作;再加上夹持器的X, Y轴转动,可以使夹持器到达臂长范围的任何三维坐标点㊂本文设计的机器人的机械手臂装置韧性强㊁承受负载大㊁自身轻薄㊁灵活性高㊁到达指定位置误差小,在整个采摘作业过程中,运行速度适中,惯性较小,平稳度非常高㊂夹持器是采摘过程中作用最大的部件,是采摘机器人的手,水果的抓取收获依靠其完成,可以根据命令直接执行采摘任务㊂该设计中的夹持器最大工作角度为88̊,采摘过程中夹紧力为270N,质量为0.6kg,闭合时间为0.2s;装置轻便,采摘角度大,耗时短,力度适中,不会给果实带来机械损伤㊂2.2㊀软件部分的实现㊀㊀软件组成部分的主要工作阐述如下:(1)无线控制器采集到的水果图像信息通过深度学习网络实现对水果图像的检测与识别;(2)通过YOLOv神经网络框架,对水果的种类进行精确识别,能够判断水果是否成熟;(3)云端数据中心记录水果的种类及数量并简洁的可视化出来;(3)云端数据中心可根据需求实时调度智能小车;(4)在云端数据中心的调度下,智能小车可自主前往目标位置;(5)智能小车通过路径规划算法实现自主导航与避障;(6)智能小车通过无线通信,实现智能小车返回指导目标位置;(7)自主采摘成熟果实㊂本文在软件设计过程中,由于受到网络信号㊁数据处理的影响,无线控制器到服务器上的通信会有一定的延迟,故采用多进程技术并行处理来加快处理的速度以减少延迟㊂本文开设三个进程:一个用来接收数据,一个用来处理数据,一个用来显示结果㊂此外,使用队列数据结构存储数据,以避免数据堵塞,进一步降低通信延迟㊂另外,在图像采集部分,采用生产者消费者模式,摄像头采集图像作为生产者,将采集到的图像放入循环队列缓冲区,图像处理进程则作为消费者不断从缓冲区获取图像进行处理㊂3　结语㊀㊀本文详细阐述了无线智能采摘机器人的设计全过程,包括前期的需求分析㊁总体流程㊁硬件和软件的设计与实现㊂最后,通过实验验证,在复杂果园环境下,能解决目标检测深度网络对成熟水果的识别并定位,识别算法的优化以及Socket实时无线通信的优化㊂后期还需要在优化视频跟踪算法㊁保证传输实时性㊁测试主流方案方面,对比选取效果最好的方案,解决无线控制的短续航问题㊂还将建立世界坐标系,通过深度图和欧几里得距离公式计算对象相对于相机的距离,最后计算成熟果实在世界坐标系上的位置㊂参考文献[1]胡广锐,孔微雨,齐闯,等.果园环境下移动采摘机器人导航路径优化[J].农业工程学报,2021(9): 175-184.[2]倪江楠.基于计算机视觉的机器人采摘实验平台设计与实现[J].信息与电脑,2021(12):175-177. [3]肖杨,管秀君,林楠,等.基于无线网络的采摘机器人控制系统设计[J].农机化研究,2021(10): 191-195.[4]华超,褚凯梅,陈昕,等.软体水果采摘机械手系统设计分析与试验[J].林业科技开发,2021(3): 127-132.(编辑㊀姚㊀鑫)Design of wireless intelligent picking robot based on microcontrollerLiu Yang Duan YuanmeiSchool of Intelligent Manufacturing Hunan University of Science and Engineering Yongzhou425199 ChinaAbstract With the maturity of robot computer image processing and artificial intelligence technology the research and development technology of picking robot has been developed rapidly.In this paper the design and implementation of wireless intelligent picking robot based on STM32 mainly composed of mechanical structure and wireless intelligent control system two parts.The mechanical structure includes a movable carrier a mechanical arm a gripper and a lateral sliding device.Wireless intelligent control system mainly includes computer servo motor drive double CCD camera sensor control module data acquisition card GPIB card motion control card lithium battery power supply box GPIB card and control system.The wireless intelligent picking robot can integrate artificial intelligence and robot technology such as visual recognition flexible grasping and intelligent control for modern orchards such as standardized planting apples and pears and independently use mechanical arms to complete fruit picking and placing actions so as to realize unmanned picking of apples and other fruits.Key words microcontroller wireless intelligence picking robot sensor。

基于单片机和智能监测的采摘机器人调速系统设计胡国顺;乔琳;刘志刚【摘要】Because picking robot moves very frequently,the speed control is the main factors that affects the efficiency in the moving process of robot,which will be poor research with large inertia and delay.The control signal is output and the motor response to the process will also have a certain delay , picking machine inertia will make picking robots not be good in a predetermined fruit picking place to stop.In order to solve this problem and improve the picking efficiency, a new ro-bot speed regulation system is designed.The speed of the system is collected by the sensor.The control of the robot is controlled by the frequency conversion.The closed-loop control system is designed.Finally, the performance of the pick-ing robot is tested.The test shows that the picking robot can recognize the mature fruit accurately, and the control algo-rithm runs well and the reliability is high.%由于采摘机器人的移动非常频繁，因此其速度控制是影响工作效率的主要因素，在机器人的移动过程中会产生较大的惯性和时延，在控制信号的输出和电机响应过程中也会有一定的延迟，采摘机器人的惯性会使采摘机器人不能很好地在预定的果实采摘位置停下。

基于单片机控制的自动松果采摘机设计王艳新;蒋萧泽;朱莉;林智双;李淑芝【摘要】松果树的枝干比较高，因此果农在进行采摘的时候存在很大的困难并且会耗费很多的劳动力。

因此，本文设计了一种针对单片机控制的松果采摘机的自动控制的系统。

这种摘机不但可以高效并且快速的对松果进行采摘，同时还能够在对松果保持完好的前提下选择非常好的保护措施，使用人工去进行配合，可以进行自动的寻找和采摘，并且将松果送回等相关的控制动作。

%The branches of pine trees is relatively high,therefore farmers in picking the very difficult and takes a lot of labor.Therefore,this paper designs the A for the single-chip microcomputer to control the pineal picking machine of automatic control system.The hook can not only efficiently and quickly on pineal harvested can also select the very good protection measures remain intact in the premise of the pineal, using artificial to mix,can automatically search and picking,and the pineal returned to the control action.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】2页(P34-34,8)【关键词】松果;采摘机;自动化;单片机【作者】王艳新;蒋萧泽;朱莉;林智双;李淑芝【作者单位】东北林业大学，哈尔滨，150000;东北林业大学，哈尔滨，150000;东北林业大学，哈尔滨，150000;东北林业大学，哈尔滨，150000;围场县第二中学，承德，068450【正文语种】中文松果可以说是我国进行生产的要干果之一。

基于单片机的智能水果采摘机器人设计陈金华; 孙雪蕾【期刊名称】《《农业科技与装备》》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】2页(P12-13)【关键词】采摘机器人; 单片机; 设计; 智能; 水果【作者】陈金华; 孙雪蕾【作者单位】江苏联合职业技术学院镇江分院江苏镇江 212016【正文语种】中文【中图分类】TP273随着农业生产模式和技术的发展与应用，国内外的农业机器人技术发展迅速，并逐步迈向农业生产主力军的行列，推动智慧农业迅速发展。

水果采摘机器人作为农业机器人的主要类型，具有很大的发展潜力。

当前，水果采摘具有位置随机、分布范围广等特点，机器人采摘作业也处于较低水平。

为此，设计一款基于单片机的智能水果采摘机器人，用于采摘苹果、梨、橙子等水果，采摘效率和稳定性均较高，具有一定的推广应用价值。

1 采摘机器人的硬件组成智能采摘机器人系统主要由AT89S52单片机、机械手、按键、显示系统和电机系统组成，结构组成详见图1。

图1 采摘机器人的结构组成Figure 1 Structural composition of picking robot 智能水果采摘机器人具有水果采摘、包装，苹果等级评判，估算优果率和收入等功能。

根据果实的直径和色泽，系统把水果分为优等品、一等品、二等品和三等品4个等级。

水果判定等级后，步进电机驱动机械手模拟人手进行水果采摘。

苹果装满箱后，led灯亮，2 s蜂鸣器鸣叫，提示贴密封条，并利用电机带动传送带运走，此后水果个数清零。

优等品一箱可以装6个水果，约重2.5 kg；一等品一箱可以装8个水果，约重 2.5 kg；二等品一箱可以装 10个水果，约重 2.8 kg；三等品一箱可以装12个水果，约重3.0 kg。

1.1 AT89S52单片机及外围电路系统采用AT89S52单片机作为开发平台。

AT89S52是Atmel公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。

采摘机器人智能避障决策系统—基于ZigBee和单片机聂章龙;张静【摘要】It introduces the principle and algorithm of collision risk, and designs the picking robot intelligent obstacle avoidancedecision system in decision making, visual acquisition, motion control and Zigbee wireless communication of four subsystems,and then uses the fuzzy control theory to realize the robot obstacle avoidance function, finally, uses MATLAB to simulate the system.The results show that the system can avoid the obstacles safely,and the optimal obstacle avoidance path can be planned independently,which meets the design requirements,and proves the reliability and feasi-bility of the intelligent obstacle avoidance decision system.%首先介绍了碰撞危险度的原理及算法,基于决策、视觉采集、运动控制和ZigBee 无线通讯4个子系统设计了采摘机器人智能避障决策系统;然后运用模糊控制理论实现了机器人避障功能,并对系统进行了 MatLab仿真试验.结果表明:系统可以安全避开障碍物,而且可以自主规划最优避障路径,符合设计要求,证明了智能避障决策系统的可靠性和可行性.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)012【总页数】5页(P130-134)【关键词】采摘机器人;智能避障;决策系统;ZigBee;碰撞危险度;MatLab【作者】聂章龙;张静【作者单位】常州信息职业技术学院软件学院,江苏常州 213164;常州信息职业技术学院软件学院,江苏常州 213164【正文语种】中文【中图分类】S225.93;TP2420 引言随着我国新农业生产模式和新型农业科技的应用，机器人正逐步代替人类劳动力，成为农业生产的主力军。

一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计郭素娜;张丽;刘志刚【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2016(0)7【摘要】为了提高葡萄采摘机器人自主导航能力,增强对葡萄成熟度的准确识别功能,降低漏采率和误采率,设计了一种新式的基于RSSI 自主导航和颜色特征提取的葡萄采摘机器人. 该机器人使用 RSSI 定位技术,首先对装有无线传感器的葡萄树进行定位,然后利用机器视觉系统对葡萄的成熟度进行判断,并对满足采摘条件的葡萄使用机械手进行采摘. 对葡萄采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:机器人对装有传感器的葡萄树的准确识别率达到了95%以上,对葡萄成熟度的判断达到了98%以上,是一种相对高效的葡萄采摘机器人.%In order to improve the autonomous navigation capability of grape picking robot, and strengthen the function of accurate identification of the grape maturity, lower leakage rate and error rate, a new type of autonomous navigation and color feature extraction based on RSSI grape picking robot has been designed.Grape picking robot using RSSI positioning technology first fixing the vine with wireless sensors, then use the machine vision system on grape maturity of judgment, and to meet the use conditions of the grapes picked for picking manipulator.Grape picking robot performance was tested, by testing found that the robot with sensors of vine of accurate recognition rate reached more than 95%, their appreciation of the grapematurity reached more than 98%, high recognition rate,which is a relatively efficient grape picking robot.【总页数】5页(P20-24)【作者】郭素娜;张丽;刘志刚【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;南昌大学,南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】S225.93;TP242【相关文献】1.可自主跨越障碍物弹跳式采摘机器人设计—基于跨栏跑摆腿技术动作分析 [J], 赵志伟2.基于RFID和WSN的采摘机器人自主定位与导航设计 [J], 李鑫;李凌雁;李楠3.果蔬采摘机器人自主定位与导航设计-基于 RFID 和 WSN 信息融合 [J], 熊琼4.基于单片机和 GPS 定位的自主导航采摘机器人设计 [J], 葛君山5.基于足球比赛运动的采摘机器人自主避障设计 [J], 王方雨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于单片机控制的自动苹果采摘机设计
杨冬进;张燕
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2015(37)2
【摘要】苹果树的枝干较高,导致果农采摘困难及耗费大量劳动力等问题。

为此,设计了一种基于单片机控制的苹果采摘机的自动控制系统。

该采摘机不仅能够高效、快速地采摘苹果,而且在保证苹果完好前提下采取了较好的措施,通过人工的配合,能够完成自动寻找、采摘、送回苹果一系列的控制动作。

该采摘机可实现降低成本、改善劳动条件、降低人工劳动强度及行业综合成本的目的,实现苹果自动化的连续作业,提高了经济效益。

【总页数】4页(P28-31)
【关键词】苹果;采摘机;自动化;单片机
【作者】杨冬进;张燕
【作者单位】海南大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】S225.93
【相关文献】
1.基于单片机控制的自动松果采摘机设计 [J], 王艳新;蒋萧泽;朱莉;林智双;李淑芝
2.基于慧鱼的自动分类收集苹果采摘机设计及程序控制 [J], 刘海峰;郑腾;何冉
3.基于单片机的花椒采摘器控制系统设计 [J], 吴治荣;董登文
4.基于单片机的自动苹果采摘机系统设计 [J], 黄震宇;党丽峰;史银花
5.基于单片机的花椒采摘器控制系统设计 [J], 吴治荣; 董登文
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