一种基于嵌入式STM32的草莓采摘机器人

周亚鹏 张连壮 王宇彤 张仲婕 杨雅娴

摘要：人工采摘草莓需要弯腰工作，长期弯腰工作容易造成合并胸廓畸形、膈肌活动受限、内脏受压、胸腹相贴等，极大影响人体的呼吸、循环以及消化功能。

关键词：采摘机器人;STM32

1、国内外研究现状

国外自动化采摘设备发展十分迅速。自从1983年在美国诞生了第一台西红柿采摘机器人，采摘机器人的开发和研究已经有二十多年的历史，期间摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等机器人相继在日本和欧美等多家研制成功。

对于草莓采摘机器人的研究，目前处于初级阶段。

日本Kondo等人针对草莓的不同栽培模式（高架栽培模式和传统栽培模式）研制出了相应得采摘机器人。高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用，该机器人采用5自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，机械手采用真空系统和切割器组成。收货时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，机械手向下移动直到把草莓吸入;由光电开关檢测草莓的位置，当草莓位于合适位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由切割器旋转切断果梗，完成采摘。

国内草莓选果机。板木县农业试验场开发了非常实用的草莓选果机。该设备可根据每一个草莓的含糖量和果实大小进行选择，并可以把选好的草莓装入塑料袋内，整个过程是全自动作业，每小时可分选草莓5300多公斤。

南京农业大学运用双目立体视觉技术，对图像的二维直方图进行腐蚀、膨胀、去除小团块，用拟合曲线实现彩色图像的分割，既而分离果实，并将二维图像恢复成三维坐标，实现了果实定位”。

目前国内外采摘草莓的方式90%为人工采摘，机器人采摘提出了理念和实施，但目前，草莓采摘机器人的智能水平还很有限，不管是国内还是国外的草莓采摘机器人，离商品化和实用化还有一定的差距。差距如下：

（1）没有设计出合理的末端执行器，抓取过程中容易损伤草莓的果皮;

（2）没有设计出理想的机械手，很难达到有效的采摘范围;

（3）采摘效率不高，误差大。

2、设计方案

全方位避障系统，视觉传感器与光电传感器相结合实现全方位避障。

神经形态Al，TrueNorth芯片，在执行任务时，其能效可达传统中央处理器的数百倍，首次与人脑的大脑皮层有了可比之处。神经形态芯片计算能力显著提高，能耗和体积却要小得多，更为智能的小型机器或将引领计算机微型化和人工智能的下一阶段。

软性末端执行器，软性末端执行器搭配压力传感器，保证果实的完好。

图像采集与分割，运用K—means算法，使重叠目标中分离出单个目标，保证97%的成功率。

六自由度轻量化手臂，轻量化结构设计，除去不必要结构，与同类机械手臂相比更加灵敏，反应速度更快，采集速度达至4秒。

3、工作流程

该机器人采用嵌入式STM32，通过计算机软件控制。

具体流程：视觉传感器进行图像检测，信号传入嵌入式STM32运用K—means算法进行图像分割处理，分析出果实所在位置并进行定位。随后控制机械手臂移至定位处，气味检测装置进行二次检测确保果实的成熟（成熟果实，进行采摘命令;果实不成熟，取消命令），采摘之后的果实放置传送带，传送至机器人储藏箱。

4、结论

通过智能草莓采摘机器人，提升采摘的效率，解决了草莓采摘现存的问题。

参考文献：

[1]梁丽娟.草莓采摘机器人结构设计和实验[硕士论文].中国农业大学. 2007.5

[2]冯青春，郑文刚，姜凯，等.高架栽培草莓采摘机器人系统设计.农机化研究，2012：123—124重庆蔬菜信息.农业机械. 日本的果蔬采摘机器人.2005.12.14