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针对目前植物工厂环境下的番茄采摘自动化、智能化程度较低的问题，研制了一种可应用于植物工厂的番茄采摘机器人及其控制系统。首先，根据采摘任务的功能需求，搭建出机器人的硬件系统架构；其次，基于机器人操作系统(ROS)架构设计了分布式模块化的控制系统，包括人机交互、自主导航、视觉识别和采摘执行等各个功能子系统，利用ROS分布式通信机制，对各个子系统节点进行了功能实现，通过中央决策控制节点获取各个子系统节点的数据信息和反馈信号，下发相应的指令完成采摘任务；最后，在植物工厂中对控制系统进行可行性实验验证和性能指标测试。结果表明：机器人定位导航位置偏差小于5.5 cm,航向角偏差小于2.7°,单个番茄平均采摘时长为12 s,实验过程中控制系统运行稳定可靠，能够实现植物工厂环境下的高精度导航、目标识别、番茄采摘和语音人机交互等各项功能。
Abstract：To address the low level of automation and intelligence in tomato harvesting in plant factory environments, developed a tomato-picking robot and its control system suitable for plant factories. Firstly, constructed the hardware system architecture of the robot based on the functional requirements of tomato picking tasks. Secondly, designed a distributed and modular control system based on the Robot Operating System(ROS) architecture, including subsystems for autonomous navigation, human-machine interaction, visual recognition, and harvesting execution. By leveraging the distributed communication mechanism of ROS,implemented the functionalities of each subsystem node and employed a central decision control node to acquire data and feedback signals from the subsystem nodes, issuing corresponding commands to complete the picking tasks. Finally, conducted feasibility experiments and performance index testing in a plant factory to validate the control system. The experimental results demonstrated that the robot′s positioning navigation had deviation of less than 5.5 cm and heading angle deviation of less than 2.7°. The average time for harvesting a single tomato was 12 s. Throughout the experiment, the control system exhibited stable and reliable operation, enabling high-precision navigation, target recognition, tomato picking, and voice-based human-machine interaction in plant factory environments.
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基本信息:
DOI：10.13427/j.issn.1003-188X.2025.10.011
中图分类号:S225;TP273;TP242
引用信息:
[1]谢晓轩,孔德义,潘斌,等.基于ROS的植物工厂番茄采摘机器人控制系统设计[J].农机化研究,2025,47(10):82-89.DOI:10.13427/j.issn.1003-188X.2025.10.011.
基金信息:
安徽省科技重大专项(202203a06020002)
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