农业采收机器人

本书围绕农业采收机器人研发的关键技术与应用展开论述，以机器视觉、深度学习、机器人伺服控制等核心算法为技术基础，以番茄采摘机器人、黄瓜采摘机器人、天然橡胶智能割胶机器人等应用案例为技术分析承载点，以末端执行器创制和农业采收机器人集成为本体构架，从技术背景、信息获取、伺服控制及机器人系统集成四方面展开介绍。主要内容包括：农业采收机器人的发展背景、技术构成、发展趋势与挑战，农业采收机器人作业目标识别技术，农业采收机器人位姿信息获取技术，农业采收机器人末端执行器的设计方法，农业采收机器人的视觉伺服控制技术，以及农业采收机器人的系统集成等。

享受国务院政府特殊津贴专家，北京市教学名师，江苏省创新创业领军人才，苏州工业园区科技领军人才，苏州市“三八”红旗手

目录
序
前言
第1章 概论 1
1.1 农业采收机器人发展背景 1
1.2 农业采收机器人技术构成 3
1.2.1 移动底盘 3
1.2.2 采收机械臂 4
1.2.3 信息感知系统 5
1.2.4 末端执行器 5
1.3 农业采收机器人发展趋势与挑战 6
1.4 本书研究对象 8
参考文献 9
第2章 农业采收机器人作业目标识别技术 11
2.1 基于彩色空间的采收目标识别 11
2.1.1 基于颜色特征和轮廓补偿的草莓采收目标识别 11
2.1.2 基于颜色和纹理特征的黄瓜采收目标识别 18
2.2 基于光谱特征的采收目标识别 34
2.2.1 基于近红外光谱成像技术的小型西瓜采收目标识别 35
2.2.2 基于近红外光谱成像技术的黄瓜采收目标识别 44
2.3 基于深度学习的采收目标识别 55
2.3.1 基于SSD网络模型的小型西瓜采收目标识别 55
2.3.2 基于CTD-YOLO网络模型的串番茄采收目标识别 66
2.3.3 基于YOLOv5s网络模型的大番茄采收目标识别 84
参考文献 93
第3章 农业采收机器人位姿信息获取技术 94
3.1 采收目标空间姿态识别 94
3.1.1 基于二维关键点检测的番茄串姿态识别 94
3.1.2 基于三维关键点检测的番茄串姿态识别 118
3.2 采收目标采摘点定位 141
3.2.1 草莓果实采摘点定位 141
3.2.2 串番茄采摘点定位 145
参考文献 156
第4章 农业采收机器人末端执行器 158
4.1 大果番茄粒采末端执行器 158
4.1.1 大果番茄物理力学特性测试 158
4.1.2 大果番茄指式末端执行器 163
4.2 小果番茄串采末端执行器 172
4.2.1 小果番茄果梗剪切强度测试 172
4.2.2 套剪式串采末端执行器 175
4.2.3 大容差柔顺控制串采末端执行器 181
4.3 小果番茄粒采末端执行器 186
4.3.1 小果番茄物理力学特性测试 186
4.3.2 小果番茄气吸夹持复合式末端执行器 188
4.3.3 小果番茄柔性二指式末端执行器 199
4.4 天然橡胶割胶末端执行器 207
4.4.1 橡胶树割胶力学参数测试 208
4.4.2 天然橡胶铣削式末端执行器 220
4.4.3 天然橡胶平切式末端执行器 223
参考文献 229
第5章 农业采收机器人视觉伺服控制技术 232
5.1 农业采收机器人手眼系统 232
5.1.1 手眼系统分类 232
5.1.2 手眼系统标定 233
5.2 视觉伺服控制原理 240
5.2.1 基于位置的视觉伺服控制 242
5.2.2 基于图像的视觉伺服控制 243
5.2.3 混合视觉伺服控制 246
5.3 采收机器臂运动学分析 247
5.3.1 机械臂运动学方程 247
5.3.2 机器臂运动学方程求解 253
5.4 割胶机器人视觉伺服控制 261
5.4.1 割胶机器人作业流程 261
5.4.2 割胶机器人位置伺服信息系统 263
5.4.3 基于视觉伺服控制的起割点找准 265
5.4.4 起割点找准试验 273
5.4.5 机器人割胶精度试验 278
参考文献 282
第6章 农业采收机器人系统集成 284
6.1 农业采收机器人系统组成 284
6.1.1 感知与检测系统 284
6.1.2 移动底盘 287
6.1.3 动作执行系统 289
6.2 农业采收机器人移动底盘 292
6.3 农业采收机器人导航与定位 294
6.4 农业采收机器人软件系统 299
6.4.1 农业采收机器人软件架构设计核心原则 299
6.4.2 农业采收机器人软件架构 300
6.5 农业采收机器人系统案例 302
6.5.1 单果番茄采摘机器人 302
6.5.2 串番茄采摘机器人 306
6.5.3 草莓采摘机器人 311
6.5.4 天然橡胶割胶机器人 313
参考文献 316