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基于YoloX检测网络的温室三七花采摘机器人

来源：花匠小妙招时间：2025-01-26 15:04

作品展示

作品展示 > A类：智能农业装备科技发明制作类 > A5智能收获农业装备发明

作品编号：2022A0687 所属领域：A5智能收获农业装备发明作品层次：研究生所在高校：昆明理工大学所在院/系：现代农业工程学院作品所处阶段：A、实验室阶段作品展示形式：样机制作成本估算：0.482万元

作品简介：

根据实际作业需求，结合机器视觉技术，研制了一台识别精度高、采摘效率高的三七花采摘机器人。设计提出了机械系统、视觉检测系统以及控制系统的设计方案，并确定了整机设计参数及硬件的选型；视觉检测部分使用双目相机，基于YoloX检测网络实现三七花检测与深度测距，采用C#设计上位机程序以及控制面板，针对三七花特点，设计了一种双排剪式伸缩架式机械臂和三瓣勺式机械爪刀。整机骑垄行驶，由单片机控制滑台和伸缩架的位移及机械爪的动作，完成三七花的识别、剪切、抓取收集过程，最终，整机以较低的成本实现了三七花的精确采摘。

主要创新点：

结合YoloX检测网络与双目视觉技术实现三七花检测与定位，能有效分辨三七叶与三七花，识别精度高、检测速度快、定位误差小、稳定性高。本机型专为温室三七种植地形设计，采用架空结构骑垄行驶，整机重量轻、通过性好、效率高、不伤叶、易于维护。机器两侧装有收纳槽，机械爪采用先近后远和无碰撞原则规划抓取轨迹，抓取后选择当前最近路线放入侧面槽内，在保证工作效率的同时，还能起到平铺防堆积的作用。执行机构采用抓取与剪切一体式设计，爪部呈勺型，采摘过程中不伤花和叶，且具有一定的自适应性，在一定误差范围内能稳定运行、执行效率高、可靠性好。

技术关键和主要技术指标：

在软件设计中，充分考虑了程序的可拓展性及可靠性。STM32单片机在整个系统中主要负责指令的接收及对步进电机、直流电机和舵机的控制。利用C#作为主要开发语言编写了三七花采摘机器人的轨迹规划程序以及控制界面。电路部分大量采用轨道式接线端子排进行线路的排布，整个采摘系统使用12V电源电压，42减速步进电机驱动同步带运动，57减速步进电机驱动两驱动轮运动，舵机驱动机械爪的开合运动。视觉检测部分综合运用深度学习算法与双目视觉技术，构建基于深度学习框架下的三七花检测算法，结合检测结果与双目视差图，快速标记图像区域，精确定位目标三七花空间坐标，提出的基于YoloX的三七花检测算法具有较高的检测精度和较快的检测速度。采摘执行机构包括由双电机驱动的双排剪式伸缩架作为机械臂，以及特别设计的三瓣勺式机械爪刀。采摘机械臂安装在同步带滑台上。双目相机采集三七花图像并通过目标检测算法，解算出目标三七在机器人运动空间中的采摘、放置坐标，规划出机械臂运动轨迹，求出步进电机和舵机转动角度，生成指令并发送至单片机，控制机械爪沿X、Y、Z方向上移动以及机械爪刀片开合，控制界面可对采摘过程进行实时监测。

推广应用价值：

三七除花是提高其产量和质量、有效减少病害发生的重要环节，但现有的三七花采摘模式仅限于人工，且现有的三七花采摘机的工作效率取决于操作者，工时成本高，严重制约了三七的产业化发展。本系统集成了机械系统、视觉检测系统以及控制系统，以较低的成本实现了对于三七花的精确、高效采摘，不但对推进三七产业化、智能化发展具有重要意义，而且为三七同类的中药材以及其他各种农产品花卉的智能化采摘与收集提供了新的思路。