[00132896]果蔬关键作业环节机器人精准作业技术与装备

农业机器人集信息感知、自动控制、农机装备和农艺种植技术为一体,是实现精准、高效农业作业,缩短与国际农业智能装备差距的重要技术装备。该成果针对农业非结构环境下光照多变、枝叶交错、果蔬脆嫩、苗草簇生等国际上公认的农业机器人作业难点问题,在国家科技支撑计划、国家“863”计划等课题支持下,经十余年产学研联合攻关,从农作物信息实时获取、视觉伺服控制、机器人集成创制等技术瓶颈进行了研究,取得了一系列开创性成果。多项技术打破国外技术垄断,填补国内空白。主要技术发明如下： 一、创新发明了农业非结构环境下自然光照补偿和抑制机理的机器视觉信息获取与处理技术,打破了传统机器视觉缺乏对自然光照适应性的技术瓶颈。提出了果实特定光谱波段与纹理特征匹配算法,攻克了近色系果蔬快速实时获取技术难题;研发了基于图像色彩动态矫正的果蔬信息获取方法,攻克了遮挡、簇生、畸变等果蔬信息获取的技术瓶颈。 二、创新发明了农业非结构环境下“眼-足-手-物”运动关系的机器视觉伺服控制技术,破解了农业机器人精度与速度、方向与位置、效率与损伤之间辩证关系的协同控制难点问题。实现了视觉信息空间标定（眼）—机器人导航（足）—末端执行器空间姿态（手）—果蔬（物）的目标精准定位。 三、创新了果蔬作业机器人执行机构与作物生物特性相融合的技术,破解了机器人对果蔬生命体作业损伤率高、效率低的难点问题。构建了叠层排布的褶皱式柔性结构体原理,创制了果蔬低损伤自适应采摘机械手技术;发明了月牙状周刃型避苗锄草机械手,实现了“锄草-避苗-甩土”的高效协同作业。 研发了国内首台黄瓜采摘机器人、智能锄草机器人、果园施药机器人、穴盘苗分选移栽机器人,填补国内相关技术产品空白。其中黄瓜采摘机器人果实正确识别率为95%,采摘成功率为95%,平均采摘速度8s/根;锄草作业最大工作速度为2.5km/h,杂草锄净率为95.4%;穴盘苗分选移栽机器人作业效率达1940株/h。产品在近30个省市地区示范应用,覆盖农业生产链中高频次、高强度的关键作业环节,节省劳动力50%以上,提高生产效率30%。而且锄草机器人、施药机器人的应用可以减少使用除草剂、农药的施用,在减少土地板结、环境污染方面意义重大。成果开创了农业机器人精准、高效、辅助代人作业模式,极大地促进了传统农机智能化转型,社会经济效益显著。