名优茶采摘机器人的系统设计与试验

作     者：周宇杰 吴强 贺磊盈 赵润茂 贾江鸣 陈建能 武传宇 ZHOU Yujie;WU Qiang;HE Leiying;ZHAO Runmao;JIA Jiangming;CHEN Jianneng;WU Chuanyu

作者机构：浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第19期

页      面：12-23页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51975537,52105284) 浙江省领雁计划(2022C02052) 财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系资助项目 

主　　题：采摘机器人 名优茶 3P-Delta机械臂 Bézier曲线 滑模控制 系统集成 

摘      要：针对名优茶采摘劳动力短缺的现状,设计了一种适用于自然环境下作业的名优茶采摘机器人。系统由采摘机械手、3P-Delta机械臂、视觉系统和主控系统构成。机器人通过深度相机获取茶蓬图像,利用深度学习和骨架法计算采摘点。从名优茶的生长特征出发,建立了机械臂采摘轨迹模型,采用Bézier曲线对茶叶采摘路径进行优化,降低了机械臂在快速运动过程中的加速度突变,提高了采摘运动的平滑性。利用虚功原理建立机械臂动力学模型,基于滑模控制设计了机械臂采摘控制策略,优化了控制算法中的指数趋近律,有效地抑制了滑模面在快速趋近时的抖振现象。实地测试结果表明,采摘机器人能够实现名优茶的采摘,采摘率和完整率分别为75.53%和54.68%,平均采摘速度为0.451颗/s。