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“花钳瓜下”智能西瓜授粉机器人

来源：花匠小妙招时间：2025-04-25 20:36

作品展示

作品展示 > A类：智能农业装备科技发明制作类 > A3智能田间管理农业装备发明

“花钳瓜下”智能西瓜授粉机器人

作品编号：2023A2095 所属领域：A3智能田间管理农业装备发明作品层次：本科生所在高校：福建农林大学所在院/系：机电工程学院作品所处阶段：A、实验室阶段作品展示形式：实物模型制作成本估算：0.1705万元

作品简介：

机器人装备了树莓派高清摄像头，stm32zet6主控板，四路舵机机械臂，麦克纳姆轮，温湿度传感器等设备模块，通过各部件相互协调配合，实现了对西瓜生长情况的全天候监控。当西瓜花开放时，机器人能自行判断开花情况开始授粉作业。在温室农业中，授粉机器人的普及发展程度尚处于初级阶段，对其进行技术环节研究，具有重要的现实意义。因为开花的农作物较多，而西瓜在温室条件授粉较为困难，本项目围绕西瓜花进行，后期可扩展至其他农作物。本文提出了基于STM32F103ZET6主控板、树莓派高清摄像头、四路机械臂、DH111温湿度传感器等模块的系统性整合，设计一台能够采集西瓜花开放程度信息数据并自动授粉作业智能机器人，旨在解决温室授粉所现存的一系列问题。

主要创新点：

西瓜花粉的高效收集、授粉与花的保护：机械臂上设计了一个模仿蜜蜂绒毛采集花粉的花粉收集器，有效将花粉附着在收集器上，通过振动器抖动将花粉充分抖落到雌花上，实现高效授粉，同时防止了传统拔花对西瓜花造成伤害。解放劳力进行机器授粉：我们团队设计的智能授粉系统，工作人员只需要进入温室大棚检验环境状况即可，有效解放了劳动力。西瓜花开放程度辨别：我们利用图像识别及模型训练使设备自己判断开放程度。识别之后，将雄花花粉收集到收集器上，经震动器模块将花粉震落即可完成授粉动作。

技术关键和主要技术指标：

STM32 主控核心板：我们设计的智能主控系统部分采用的是基于ARM微控制器、Cortex-M3为内核的32位单片机STM32F103，这是一款高性能低功耗单片机。 STM32F103的内核ARM Cortex-M3处理器结合了多种突破性技术。不仅如此，集成了许多紧耦合系统外设的处理器，使下一代产品的控制需求得以满足。树莓派边缘计算设备：摄像头会先对环境数据进行采集，然后摄像头收到的数据会与前期深度学习的图片进行对比，接着判断是否为开放的西瓜花。机械臂的涂抹: 针对西瓜花的生长特点，我们设计了一套可以根据摄像头传输的信息动态调整的动作组。首先确认距离之后伸出机械臂，然后机械臂弯曲调整到与西瓜雄雌花等高位置再并用收集器对雄雌花进行涂抹。陀螺仪辅助修改方向：在中心底盘加入了一个陀螺仪模块可以在当小车受到外部环境因素干涉而偏离方向后，检测偏离方向并传信号给stm32单片机，纠正到正确方向。实时环境监测功能：通过实时检测到的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度等不同环境数据来有效改变机器授粉策略，判断是否进行授粉，从而提高授粉成功率，改善西瓜品质。

推广应用价值：

我们成功设计可以对西瓜花授粉成功率高达到99%的自动化授粉车。授粉车可以实时掌握大棚内的数据，并可以扩展到手机app上进行远距离监测，高效保障西瓜生长环境。目前设计功能只针对授粉和环境监测，未来可结合当前植物工厂布点式的环境改善装置，如自动浇水、施肥，杀虫装置，可节省更多的人力成本。我们的授粉车基于西瓜花，但在学习其他种作物习性配合不同机械臂动作组后可轻松扩展到其他水果蔬菜，提供重要的参考意义。