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| 1 | 基于改进型YOLO的复杂环境下番茄果实快速识别方法显示文摘为实现温室环境下农业采摘机器人对番茄果实的快速、精确识别,提出了一种改进型多尺度YOLO算法(IMS-YOLO)。对YOLO网络模型进行筛选和改进,设计了一种含有残差模块的darknet-20主干网络,同时融合多尺度检测模块,构建了一种复杂环境下番茄果实快速识别网络模型。该网络模型层数较少,能够提取更多特征信息,且采用多尺度检测结构,同时返回番茄果实的类别和预测框,以此提升番茄果实检测速度和精度。采用自制的番茄数据集对IMS-YOLO模型进行测试,并分别对改进前后网络的检测性能以及主干网络层数对特征提取能力的影响进行了对比试验。试验结果表明,IMS-YOLO模型对番茄图像的检测精度为97.13%,准确率为96.36%,召回率为96.03%,交并比为83.32%,检测时间为7.719 ms;对比YOLO v2和YOLO v3等网络模型,IMS-YOLO模型可以同时满足番茄果实检测的精度和速度要求。最后,通过番茄温室大棚采摘试验验证了本文模型的可行性和准确性。 | 刘芳 刘玉坤 林森 郭文忠 徐凡 张白 | 2020 | 农业机械学报2020，51，6： | 101 |
| 2 | 基于轻量化YOLOv3卷积神经网络的苹果检测方法显示文摘为使苹果采摘机器人在复杂果树背景下能快速准确地检测出苹果,提出一种轻量化YOLO(You only look once)卷积神经网络(Light-YOLOv3)模型与苹果检测方法。首先,对传统YOLOv3深度卷积神经网络架构进行改进,设计一种同构残差块串联的特征提取网络结构,简化目标检测的特征图尺度,采用深度可分离卷积替换普通卷积,提出一种融合均方误差损失和交叉熵损失的多目标损失函数;其次,开发爬虫程序,从互联网上获取训练数据并进行标注,采用数据增强技术对训练数据进行扩充,并对数据进行归一化,针对Light-YOLOv3网络训练,提出一种基于随机梯度下降(Stochastic gradient descent,SGD)和自适应矩估计(Adaptive moment estimation,Adam)的多阶段学习优化技术;最后,分别在计算机工作站和嵌入式开发板上进行了复杂果树背景下的苹果检测实验。结果表明,基于轻量化YOLOv3网络的苹果检测方法在检测速度和准确率方面均有显著的提高,在工作站和嵌入式开发板上的检测速度分别为116.96、7.59 f/s,F1值为94.57%,平均精度均值(Mean average precision,mAP)为94.69%。 | 武星 齐泽宇 王龙军 杨俊杰 夏雪 | 2020 | 农业机械学报2020，51，8： | 57 |
| 3 | 农业机械导航路径规划研究进展显示文摘导航路径规划是农业机械自动导航的关键技术,近年来被广泛应用于耕种管收自动导航生产作业过程中。本文分别从全局路径规划和局部路径规划两个角度阐述分析了农业机械导航路径规划研究现状和进展。全局路径规划着重阐述了全覆盖路径规划和全局点到点路径规划,并归纳总结了在精准作业、农业运输和农机跨地块调度等方面的研究成果和具体应用。局部路径规划重点阐述了避障路径规划和局部跟踪路径规划,由于农业作业环境的复杂性和时空变异性,局部路径规划研究的重点是算法的实时性、高效性、鲁棒性和安全性。最后指出导航路径规划技术未来的研究重点为:数据资源标准化及规划路径共享;提高环境信息感知和解析能力;增强实时动态规划性能;路径规划与农机特性相结合。 | 周俊 何永强 | 2021 | 农业机械学报2021，52，9： | 34 |
| 4 | 选择性收获机器人技术研究进展与分析显示文摘鲜食果蔬成熟度不一致,需依据着色、尺寸等指标有选择地收获,是人工消耗最大、影响产业发展的瓶颈环节。选择性收获技术是农业机器人的重要研究领域,能降低人工成本并提高果蔬利润,已成为国际上果蔬收获技术发展的重要方向。近年来,以白芦笋为代表等地下部和苹果、草莓、番茄等为代表地上部的鲜食果蔬选择性收获技术进展加快,成为农业机器人的研究热点。本文阐述了近年具有市场化前景的选择性收获技术发展与应用情况,梳理出技术研发的实现路径、应用对象和发展脉络。着重分析了末端执行器与收获机构、收获目标识别与定位技术、选择性收获协同控制技术的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后,总结了我国选择性收获技术面临的挑战和机遇,针对少人化或无人化果蔬生产的应用场景,指出了产业未来发展与技术产品化需考虑的平衡点。 | 苑进 | 2020 | 农业机械学报2020，51，9： | 30 |
| 5 | 小型移动式农业机器人研究现状及发展趋势显示文摘农业机器人在提高农业劳动生产率,改善农业生产作业条件,缓解农业劳动力不足现状,实现农业的规模化、精准化生产模式等方面具有极大的应用潜力。本文拟对国内外小型移动式农业机器人的相关研究进行初步探讨和分析,介绍小型移动式农业机器人的分类,总结归纳现有小型移动式农业机器人具有作业环境复杂、使用对象特殊等几大特征,提出造价昂贵、智能化程度低等阻碍小型移动式农业机器人广泛应用的几大障碍和待突破的环境感知、定位导航等关键技术,并在此基础上对我国小型移动式农业机器人的未来发展趋势进行预测。 | 闫全涛 李丽霞 邱权 张兆国 孟志军 | 2019 | 中国农机化学报2019，40，5： | 29 |
| 6 | 双激光雷达温室运输机器人导航系统研制显示文摘为解决机器人在温室环境下的自主导航问题,该研究研制了基于双激光雷达的温室运输机器人导航系统,实现温室环境下的地图构建、路径规划和定位导航。融合激光雷达与编码器信息,使用cartographer算法及时定位与地图构建。根据地图与检测点信息,采用Dijkstra算法规划全局路径,使用动态窗口算法规划局部路径,完成自主导航。试验表明,车载系统分别以0.2、0.5和0.8 m/s速度运行时,实际导航路径与目标路径的横向平均偏差小于13 cm,标准差小于5 cm;导航目标点处横向偏差、纵向偏差的平均值不超过9 cm,均方根误差不超过11.2 cm,标准差小于5 cm,航向偏差的平均值小于10°,均方根误差小于12°,标准差小于6°,满足机器人温室运输作业的导航精度需求。 | 侯加林 蒲文洋 李天华 丁小明 | 2020 | 农业工程学报2020，36，14： | 25 |
| 7 | 基于YOLO v4+HSV的成熟期番茄识别方法显示文摘为解决成熟番茄采摘识别中由于藤蔓、叶片、果实遮挡或光照影响而引起的误识别问题,该研究提出了一种基于YOLO v4与HSV(Hue,Saturation,Value)相结合的识别方法,以实现自然环境下成熟期番茄的准确识别。在YOLO v4网络的检测框内通过HSV方法对番茄的红色区域进行分割,并将分割面积在检测框中达到一定占比的番茄作为目标输出。通过对比不同占比下该算法对测试集的识别效果,将16%作为成熟期番茄识别算法的占比,该占比下YOLO v4+HSV算法的正确率为94.77%,在工作站中检测单幅图片的速度为25.86 ms。为验证算法的性能,对改进前后算法进行了比较,改进后的正确率比改进前提高了4.30个百分点,说明通过HSV处理能够提高原网络识别成熟期番茄的准确性。此外,为测试算法的实用性,统计了在不同类型设备上该算法从调用深度相机到检测到第一个目标番茄所用的时间,经计算,其在工作站上所用的平均时间为0.51 s,在微型工控机上为1.48 s,均可满足实际采摘需要。该研究可为果蔬采摘的准确高效识别提供借鉴。 | 李天华 孙萌 丁小明 李玉华 张观山 施国英 李文显 | 2021 | 农业工程学报2021，37，21： | 26 |
| 8 | 基于改进判别区域特征融合算法的近色背景绿色桃子识别显示文摘针对机器视觉识别中自然光照条件下未成熟绿色果实的识别存在颜色与背景相似、光照不均、果叶遮挡等问题,该文提出在判别区域特征集成(discriminative regional feature integration,DRFI)算法框架的基础上,结合颜色、纹理、形状特征,对未成熟绿色桃子进行识别。首先通过基于图的图像分割(graph-based image segmentation)算法,取不同的参数将图像分割为多层,再计算各层图像的显著图,并用线性组合器将其融合,得到DRFI显著图。再用OTSU算法得到的阈值自适应调整之后对DRFI显著图进行分割,减少了显著图中识别为低概率果实的误分割。对于分割后仍存在的果实相互粘连的情况,通过控制标记符和距离变换相结合的分水岭分割算法将其分开。试验结果表明:该方法在训练集中的准确识别率为91.7%,在验证集中的准确识别率为88.3%,与相关文献报道的结果以及原始DRFI算法在验证集中的检测结果相比,该文方法的准确识别率提高了3.7~10.7个百分点,较有效地解决了颜色相近和果叶遮挡问题,可为果树早期估产和绿色果实采摘自动化、智能化提供参考。 | 黄小玉 李光林 马驰 杨士航 | 2018 | 农业工程学报2018，34，23： | 23 |
| 9 | 基于Mask R-CNN的复杂背景下柑橘树枝干识别与重建显示文摘为了获取自然环境下完整柑橘果树枝干信息,以引导采摘机器人进行避障采摘作业,提出了一种基于Mask R-CNN模型与多参数变量约束的柑橘果树枝干识别与重建方法。该方法采用网格化的标记方式对果树枝干进行标记,完成了对柑橘果树枝干的小区域识别;然后对该模型获得的离散mask进行最小外接矩处理,以获得更精确的目标区域;接着利用多参数变量约束完成同一枝干mask(掩码)的划分;最后为了使重建枝干更符合实际枝干的生长姿态,以及完善未识别区域的检测,对同一枝干mask中心点进行了四次多项式拟合。实验结果表明,模型在测试集下的平均识别精确率为98.15%,平均召回率为81.09%,果树单条枝干平均拟合误差为11.47%,果树枝干整体平均重建准确率为88.64%。 | 杨长辉 王卓 熊龙烨 刘艳平 康曦龙 赵万华 | 2019 | 农业机械学报2019，50，8： | 23 |
| 10 | 日光温室番茄采摘机器人设计与试验显示文摘针对目前日光温室中番茄采摘主要靠人工且费时费力的问题,设计并制作了一种可以应用于日光温室的番茄采摘机器人。该机器人能够在大棚垄道间巡检并自动识别成熟番茄,完成采摘、收集。本设计以STM32微控制器为主控制器,使用麦克纳姆轮全向移动平台作为机器人的移动底盘,采用由Raspberry Pi 4B控制器驱动的深度相机作为成熟番茄的识别装置,底盘上平台安装风力补偿风机、可水平滑动的6自由度机械臂,机械臂搭载了附有薄膜压力传感器的柔性手爪。整个上平台由安装在底盘下平台的垂直升降机构驱动,滑动机构和升降机构均配有测距传感器,通过Raspberry Pi 4B所驱动的摄像头识别与捕捉,再通过串行总线将成熟番茄的坐标数据传输至STM32控制器,STM32控制器通过机械臂逆运动学分析驱动机械臂、滑轨与升降平台的联合动作,配合机械臂末端关节动作,即可实现番茄采摘。 | 于丰华 周传琦 杨鑫 郭忠辉 陈春玲 | 2022 | 农业机械学报2022，53，1： | 23 |
| 11 | 果实采摘机器人设计与导航系统性能分析显示文摘设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。 | 孙意凡 孙建桐 赵然 李世超 张漫 李寒 | 2019 | 农业机械学报2019，50，B07： | 20 |
| 12 | 矮化密植果园多臂采摘机器人任务规划显示文摘为提高矮化密植果园多机械臂采摘机器人的协同作业效率,该研究对存在重叠访问域的多臂协同采摘机器人任务规划进行分析,将多臂协同任务规划问题归纳为异步重叠访问域的多旅行商问题,给出了基于遗传算法的优化求解方法。试验结果表明:该研究所提任务规划算法在求解4个机械臂采摘43和90颗果实的任务规划问题时,分别在500和2000次迭代后收敛,相比于随机遍历算法,作业遍历时长可缩短40.97%和54.98%;采摘90颗果实,单机械臂的遍历时长约为该方法的4.28倍;采摘3种不同分布条件下的28颗果实,相比于顺序规划法和随机遍历法,该方法的作业遍历时长分别缩短10.69%和27.18%、20.45%和23.33%以及12.94%和21.69%。综上,基于遗传算法的任务规划方法能够协调规划多臂采摘机器人系统的作业任务,确保各个机械臂避免发生冲突,以较短时间遍历所有目标果实,提升作业效率。研究结果可为其他多机械臂采摘机器人任务规划提供参考。 | 李涛 邱权 赵春江 谢丰 | 2021 | 农业工程学报2021，37，2： | 20 |
| 13 | 基于RGB-D信息融合和目标检测的番茄串采摘点识别定位方法显示文摘采摘点的识别与定位是智能采摘的关键技术,也是实现高效、适时、无损采摘的重要保证。针对复杂背景下番茄串采摘点识别定位问题,提出基于RGB-D信息融合和目标检测的番茄串采摘点识别定位方法。通过YOLOv4目标检测算法和番茄串与对应果梗的连通关系,快速识别番茄串和可采摘果梗的感兴趣区域(Region of Interest,ROI);融合RGB-D图像中的深度信息和颜色特征识别采摘点,通过深度分割算法、形态学操作、K-means聚类算法和细化算法提取果梗图像,得到采摘点的图像坐标;匹配果梗深度图和彩色图信息,得到采摘点在相机坐标系下的精确坐标;引导机器人完成采摘任务。研究和大量现场试验结果表明,该方法可在复杂近色背景下,实现番茄串采摘点识别定位,单帧图像平均识别时间为54 ms,采摘点识别成功率为93.83%,采摘点深度误差±3 mm,满足自动采摘实时性要求。 | 张勤 陈建敏 李彬 徐灿 | 2021 | 农业工程学报2021，37，18： | 20 |
| 14 | 我国茶叶机械化采摘技术研究现状与发展趋势显示文摘茶叶机械化采摘是行业发展的必然趋势。经过几十年的发展茶叶机械化采摘虽有长足进步,但仍存在较大问题。笔者通过简单介绍机械采茶的发展现状,指出机械采茶的有关问题,并对未来趋势进行展望,旨在为我国茶叶机械化采摘技术发展提供一定的参考意见。 | 黄藩 王云 熊元元 刘飞 张厅 李春华 | 2019 | 江苏农业科学2019，47，12： | 19 |
| 15 | 基于深度学习的水果采摘机器人视觉识别系统设计显示文摘水果识别是自动化采摘过程中的关键步骤,为了提高水果识别的准确性和实时性,利用深度学习方法,设计了一种水果采摘机器人视觉识别系统。首先,采用多种预处理方法对样本数据进行扩充,并对图像进行缩放和灰度化处理;然后,构建了一个多层卷积神经网络,通过多次训练得到网络最优超参数;最后,利用所构建的卷积神经网络对水果图像进行训练,同时采用多种训练策略得到最终的识别模型。实验结果表明:系统具有识别速度快、准确率高的特点,可以快速、准确地对水果图像进行识别,单张水果图像的识别速度只需0.2s,识别精度高达97%以上。该方法具有重要的理论和应用价值,可为水果的自动化识别提供有力手段。 | 伍锡如 雪刚刚 刘英璇 | 2020 | 农机化研究2020，42，2： | 18 |
| 16 | 农林业采收机器人发展现状显示文摘机器人采收是农林业现代化的关键技术之一。文中基于采收机器人采收对象进行分类,主要类型有苹果采收机器人、草莓采收机器人、番茄采收机器人、黄瓜采收机器人和林业采收机器人等,根据采收机器人类型对国内外农林业采收机器人的研究进行了分析,讨论了采收机器人发展过程中涉及的导航避障、视觉系统和末端执行器这些关键技术,通过分析现有采收机器人的优缺点,提出了目前研究中在末端执行器、图像识别技术、导航定位技术、柔性结构和机器人本体设计方面的问题,展望了未来农林业采收机器人的发展方向。 | 陈至灵 姜树海 孙翊 | 2019 | 农业工程2019，9，2： | 18 |
| 17 | 基于构型空间先验知识引导点的柑橘采摘机械臂运动规划显示文摘柑橘采摘过程中机械臂有时需要深入树冠内部进行采摘,而在树冠内众多枝干往往构成一个个封闭的多边形通道,比起单个枝条的障碍物,封闭多边形障碍物更加难以避开,需要更长的时间进行规划。针对此问题,该文通过对构型空间的离线构建,分析了封闭多边形障碍物在构型空间的拓扑结构性质,根据这一性质对双向快速扩展随机树算法(RRT-connect)进行改进,提出了一种基于构型空间先验知识引导点的RRT-connect算法(informedguidancepointRRT-connect,IGPRRT-connect),并将RRT-connect与IGPRRTconnect进行了并行规划编程,提高在不同环境下的适应性。通过仿真:所提出的并行算法在各种环境下规划时间均处于较低水平,以边长为30 cm与25 cm的正方形封闭通道为例,与RRT-connect相比规划时间分别缩短了51%、86%。同时进行室内避障试验,试验结果表明,使用提出的并行算法,对封闭障碍物和未封闭障碍物均有较好的避障效果,平均规划时间为1.263 s左右,成功率为91%,可为柑橘采摘机器人在不同环境下的运动规划问题提供参考。 | 马冀桐 王毅 何宇 王恺 张艺谭 | 2019 | 农业工程学报2019，35，8： | 16 |
| 18 | 水培生菜整株低损收获装置设计与试验显示文摘为解决水培生菜收获品质低、人工收获劳动力成本高等问题,设计了一种整株低损收获装置。通过夹持杆对菜叶的低损聚拢、割刀对生菜茎部的精准切割,实现单株水培生菜的整株低损收获。设计了各关键部件结构参数,分析了影响菜叶损伤的因素,利用图像处理方法测量了菜叶损伤面积;采用正交试验,研究了聚拢速度、聚拢角、聚拢高度、压菜速度对菜叶损伤面积的影响;通过力学分析和高速摄影,分析了聚拢角、聚拢高度对菜叶损伤面积的影响。正交试验结果显示:试验因素的显著性主次顺序为聚拢角、聚拢高度、压菜速度、聚拢速度;最优组合参数为聚拢速度100 mm/s、聚拢角15°、聚拢高度70 mm、压菜速度100 mm/s。验证试验表明:最优组合下生菜均为整株收获,菜叶损伤面积平均值为432 mm2,损伤程度平均值为0. 13%,优化效果明显。 | 马义东 徐灿 崔永杰 傅隆生 刘浩洲 杨晨 | 2019 | 农业机械学报2019，50，1： | 15 |
| 19 | 温室用小型多功能电动履带式作业平台设计显示文摘针对温室果蔬管理、采运等作业环节人工劳动强度大、作业效率低,传统油动作业平台污染大、能源利用率低、结构尺寸与温室环境不符等问题,设计了一种温室用电动作业平台。该文阐述了其整体结构与工作原理,通过理论计算和 Adams/view 仿真分析等方法研究了关键部件结构及参数,并开发了一套具有双操作模式的控制系统,可实现对作业平台的远程和在线操作。通过台架试验及田间试验对作业平台不挂接拖车常规状态下的转弯性能、模拟坡面行驶倾翻性能、爬坡性能和作业续航性能等开展测试,试验结果表明:整机最小转弯半径为 0.94 m,最高行驶速度 2 km/h,200 kg 负载下作业续航时间可达 4 h 电池电量下降均匀;模拟坡面行驶最大倾翻角分别为:纵向状态 30.5°、横向状态 20.6°、斜向状态 25.6°,最大倾翻角随工作台的匀速升高、负载的均匀加重(高度随之增加)而逐渐减小,同时最大倾翻角还与作业平台和坡面的位置状态相关,纵向状态下平台作业安全系数最高,优于斜向状态和横向状态。田间试验结果表明各项指标均满足设计预期和温室结构农艺要求,该研究可为温室内果蔬管理、采摘及搬运提供参考。 | 崔志超 管春松 陈永生 高庆生 杨雅婷 | 2019 | 农业工程学报2019，35，9： | 15 |
| 20 | 温室采摘机器人末端执行器研究进展显示文摘采摘是温室果蔬生产工作中最耗费劳动力和时间的环节之一,随着机械化作业水平的提高,越来越多的温室采摘机器人被应用于温室果蔬采摘作业中。末端执行器作为温室采摘机器人的关键部件,在提高采摘机器人采摘效率和作业稳定性方面发挥着重要作用。文章概括了国内外番茄、黄瓜、草莓、甜椒等温室大宗果蔬的采摘机器人末端执行器的研究现状,通过分析已研制的末端执行器的功能、原理和主要结构,总结目前温室采摘机器人末端执行器研究过程中的主要问题以及未来的研究方向。 | 翟毅豪 邓志恒 张俊雄 | 2018 | 农业工程技术2018，38，22： | 11 |
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