一種基于嵌入式STM32的草莓采摘機器人

周亞鵬 張連壯 王宇彤 張仲婕 楊雅嫻

摘要：人工采摘草莓需要彎腰工作，長期彎腰工作容易造成合并胸廓畸形、膈肌活動受限、內臟受壓、胸腹相貼等，極大影響人體的呼吸、循環(huán)以及消化功能。

關鍵詞：采摘機器人;STM32

1、國內外研究現狀

國外自動化采摘設備發(fā)展十分迅速。自從1983年在美國誕生了第一臺西紅柿采摘機器人，采摘機器人的開發(fā)和研究已經有二十多年的歷史，期間摘蘋果、柑桔、西紅柿、西瓜和葡萄等機器人相繼在日本和歐美等多家研制成功。

對于草莓采摘機器人的研究，目前處于初級階段。

日本Kondo等人針對草莓的不同栽培模式（高架栽培模式和傳統(tǒng)栽培模式）研制出了相應得采摘機器人。高架栽培模式由于適合機器人作業(yè)被越來越多地采用，該機器人采用5自由度采摘機械手，視覺系統(tǒng)與西紅柿采摘機器人類似，機械手采用真空系統(tǒng)和切割器組成。收貨時，由視覺系統(tǒng)計算采摘目標的空間位置，接著采摘機械手移動到預定位置，機械手向下移動直到把草莓吸入;由光電開關檢測草莓的位置，當草莓位于合適位置時，腕關節(jié)移動，果梗進入指定位置，由切割器旋轉切斷果梗，完成采摘。

國內草莓選果機。板木縣農業(yè)試驗場開發(fā)了非常實用的草莓選果機。該設備可根據每一個草莓的含糖量和果實大小進行選擇，并可以把選好的草莓裝入塑料袋內，整個過程是全自動作業(yè)，每小時可分選草莓5300多公斤。

南京農業(yè)大學運用雙目立體視覺技術，對圖像的二維直方圖進行腐蝕、膨脹、去除小團塊，用擬合曲線實現彩色圖像的分割，既而分離果實，并將二維圖像恢復成三維坐標，實現了果實定位”。

目前國內外采摘草莓的方式90%為人工采摘，機器人采摘提出了理念和實施，但目前，草莓采摘機器人的智能水平還很有限，不管是國內還是國外的草莓采摘機器人，離商品化和實用化還有一定的差距。差距如下：

（1）沒有設計出合理的末端執(zhí)行器，抓取過程中容易損傷草莓的果皮;

（2）沒有設計出理想的機械手，很難達到有效的采摘范圍;

（3）采摘效率不高，誤差大。

2、設計方案

全方位避障系統(tǒng)，視覺傳感器與光電傳感器相結合實現全方位避障。

神經形態(tài)Al，TrueNorth芯片，在執(zhí)行任務時，其能效可達傳統(tǒng)中央處理器的數百倍，首次與人腦的大腦皮層有了可比之處。神經形態(tài)芯片計算能力顯著提高，能耗和體積卻要小得多，更為智能的小型機器或將引領計算機微型化和人工智能的下一階段。

軟性末端執(zhí)行器，軟性末端執(zhí)行器搭配壓力傳感器，保證果實的完好。

圖像采集與分割，運用K—means算法，使重疊目標中分離出單個目標，保證97%的成功率。

六自由度輕量化手臂，輕量化結構設計，除去不必要結構，與同類機械手臂相比更加靈敏，反應速度更快，采集速度達至4秒。

3、工作流程

該機器人采用嵌入式STM32，通過計算機軟件控制。

具體流程：視覺傳感器進行圖像檢測，信號傳入嵌入式STM32運用K—means算法進行圖像分割處理，分析出果實所在位置并進行定位。隨后控制機械手臂移至定位處，氣味檢測裝置進行二次檢測確保果實的成熟（成熟果實，進行采摘命令;果實不成熟，取消命令），采摘之后的果實放置傳送帶，傳送至機器人儲藏箱。

4、結論

通過智能草莓采摘機器人，提升采摘的效率，解決了草莓采摘現存的問題。

參考文獻：

[1]梁麗娟.草莓采摘機器人結構設計和實驗[碩士論文].中國農業(yè)大學. 2007.5

[2]馮青春，鄭文剛，姜凱，等.高架栽培草莓采摘機器人系統(tǒng)設計.農機化研究，2012：123—124重慶蔬菜信息.農業(yè)機械. 日本的果蔬采摘機器人.2005.12.14