CN114793633B - 一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人及采摘方法，包括路径规划模块、移动底盘、五连杆机械臂、末端执行机构、主控模块、高度调节装置、能源持续供给模块、分级收集装置。本发明利用五连杆机械臂在平面内带动末端执行机构自由移动，通过图像识别定位模块对草莓进行识别定位，在高度调节装置的配合下，能够使末端执行机构在不同层高的高架上对成熟草莓进行无损采摘，自动化程度高，节省了人力物力。本发明基于改进的深度学习实例分割网络SOLO来进一步提高模型对草莓的检测速度和精度，本发明还能够识别草莓体积，并据此分级放置采摘后的草莓，大大减少后续采摘人员分级装框售卖的工作量。

Description

一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人及采摘方法

技术领域

本发明属于农业收获机械技术领域，尤其涉及一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人及采摘方法。

背景技术

据统计，我国草莓栽培面积270万亩左右，种植面积稳居世界第一。草莓成熟后的采摘工作通常由人工完成，针对多层种植模式的高架草莓，采摘人员需来回起身弯腰进行采摘，劳动强度大，需要消耗大量的人力成本和时间成本，因此，研究一种针对高架种植农产品的草莓精准采摘机器人对草莓种植收获具有重要意义。

目前，采摘机器人已经逐步应用到各种果蔬采摘作业中，受到越来越多的研究人员的关注，这也进一步推动了农业智能机器人的发展。目前的智能化草莓采摘机器人虽然可以实现自动导航、能源持续供给、自动识别成熟草莓以及定位的功能，并且能够根据采摘点位置信息控制机械臂以及末端执行器执行采摘和收集动作，但是该种草莓采摘机器人应用于温室大棚中时，使用较为不便。温室大棚内的背景信息过于复杂，容易降低草莓识别精度，使得现有的草莓采摘机器人对于草莓切割点定位不准，而且现有的草莓采摘机器人机械臂结构较为复杂，运动轨迹求解繁琐，成本也较高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人及采摘方法，实现了在高架种植农艺的连栋温室中自主导航、草莓识别及切割点定位、草莓无损采摘及分级收集的功能，定位准确度高，采摘效率高，节省了大量的人力物力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人，包括移动底盘，移动底盘内部安装有主控模块，主控模块与上位机信号连接，主控模块还与路径规划模块、第一深度相机、五连杆机械臂、末端执行机构、高度调节装置、能源持续供给模块连接；

移动底盘上方安装有高度调节装置，高度调节装置上方通过机械臂支撑架安装有五连杆机械臂，五连杆机械臂上安装有末端执行机构，末端执行机构上安装有第一深度相机；机械臂支撑架前端安装有路径规划模块，移动底盘后端安装有能源持续供给模块。

进一步地，所述末端执行机构包括滑轨框，滑轨框下表面安装有超声波传感器，滑轨框下表面还与第三伺服电机输出端连接，滑轨框前端滑动安装有第一机械指滑块和第二机械指滑块，第一机械指滑块和二机械指滑块相对的一侧均设置为斜边结构且斜边上均开设有一条滑轨，滑动件滑动安装在滑轨中，滑动件后端与推杆连接，推杆另一端穿过滑轨框后与折返式电缸连接；

第一机械指滑块前端、第二机械指滑块的前端分别安装有第一机械指、第二机械指，第一机械指上表面、第二机械指上表面均安装有刀片。

进一步地，所述五连杆机械臂包括两个对称固定在机械臂支撑架上表面的底座，两个底座上分别安装有第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机和第二伺服电机分别与第一机械臂短连杆、第二机械臂短连杆固定连接，第一机械臂短连杆另一端与第一机械臂长连杆转动连接，第二机械臂短连杆另一端与第二机械臂长连杆转动连接；

第二机械臂长连杆另一端与第一机械臂长连杆另一端转动连接，且连接处的第二机械臂长连杆下端安装有第三伺服电机，连接处的第一机械臂长连杆上端安装有滑轨框。

进一步地，所述路径规划模块包括固定在机械臂支撑架前端的云台底座，云台底座内安装有云台伺服电机，云台伺服电机输出端与安装在云台底座顶部的旋转云台连接，旋转云台上安装有第二深度相机，云台底座下方还安装有激光雷达传感器。

进一步地，所述移动底盘包括移动底盘框架、多组从动轮、履带，移动底盘框架内安装有行走驱动电机，行走驱动电机输出端与主动轮连接，履带套设在主动轮以及从动轮上。

进一步地，所述高度调节装置包括两组步进电机，两组步进电机均与对应的两组精密丝杆通过弹性联轴器连接，精密丝杆上均安装有滑块，剪式升降平台底部四端分别固定在四个滑块上。

进一步地，所述机械臂支撑架是由多块支撑型材和支撑板拼接组成的矩形板状结构；支撑板上安装有多个粘贴有不同标签的收集框作为分级收集装置。

进一步地，所述第一机械指与第二机械指相对的一侧均设置有海绵垫。

进一步地，所述能源持续供给模块包括太阳能板和支撑架，支撑架固定在移动底盘后端，太阳能板倾斜安装在支撑架上。

利用上述适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人的草莓采摘方法，包括如下过程：

在上位机以及主控模块的综合控制下，云台伺服电机驱动旋转云台转动，旋转云台上的第二深度相机随之转动，采集采摘机器人周围环境信息，第二深度相机以及激光雷达传感器采集的信息均传递至主控模块进行初步析，而后传递至上位机进一步分析处理，确定采摘机器人的位置，然后按照神经网络静态路径规划算法，通过神经网络的学习来建立精确的模型，识别出定位通行的道路，据此下发控制指令；由主控模块控制移动底盘上的行走驱动电机工作，行走驱动电机驱动主动轮转动，带动履带运动，使得采摘机器人按照既定的路径行走至草莓采摘区域；

到达草莓采摘区域后，超声波传感器检测末端执行机构与草莓之间的距离并最终传递至上位机，第一深度相机采集温室中草莓图像数据并传递至上位机进行分析处理，利用2D-to-3D技术，将草莓2D图像转换为3D模型，计算草莓的相对体积；然后利用采集到的草莓图像制作COCO数据集，输入到改进的深度学习实例分割网络SOLO中进行训练，SOLO按果实在图像中的位置进行分割，将ResNet-101作为主干网络提取特征，连接FPN网络，将FPN网络与ResNet-101主干网络底层特征层进行融合，在瓶颈处添加注意力机制模块，将非极大值抑制修改为快速非极大值抑制；将草莓图像输入到训练好的网络模型后，输出草莓和茎秆的掩膜并提取出来，将草莓茎秆的二分之一处作为切割点；

确定好切割点位置以及末端执行机构与草莓之间的距离后，上位机下发指令至主控模块，主控模块控制五连杆机械臂的第一伺服电机和第二伺服电机工作，带动四根连杆运动，将末端执行机构移动至采摘位置处；接着，主控模块控制末端执行机构的折返式电缸伸缩端向后收缩，折返式电缸向后拉动推杆，推杆向后拉动滑动件，滑动件沿着第一机械指滑块和二机械指滑块侧边滑轨向后运动，第一机械指滑块和二机械指滑块沿着滑轨框内部的导轨相互靠近，从而带动第一机械指和第二机械指相互靠近，压紧草莓，通过刀片将草莓茎秆切断；然后根据计算出的草莓的相对体积数据，通过五连杆机械臂将末端执行机构移动至机械臂支撑架上的分级收集装置上方，此时主控模块控制折返式电缸向前伸出，推杆向前挤压滑动件，使得第一机械指滑块和第二机械指滑块沿着滑轨框内部的导轨相互分离，第一机械指和第二机械指分开，草莓落入分级收集装置内；

一侧架体上的草莓采摘完成后，通过五连杆机械臂将末端执行机构移动至另一侧，然后控制第三伺服电机驱动末端执行机构整体旋转至另一侧，继续采摘草莓；第一层架体的草莓采摘完成后，主控模块控制高度调节装置中的步进电机工作，步进电机驱动精密丝杆旋转，进而带动剪式升降平台上升，将五连杆机械臂整体抬升至第二层草莓采摘高度处，然后继续采摘草莓

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的采摘机器人利用五连杆机械臂在平面内带动末端执行机构自由移动，通过图像识别定位模块对草莓进行识别定位，在高度调节装置的配合下，能够使末端执行机构在不同层高的高架上对成熟草莓进行采摘，自动化程度高，节省了人力物力。本发明基于改进的深度学习实例分割网络SOLO来进一步提高模型对草莓的检测速度和精度，本发明还能够识别草莓体积，并据此分级放置采摘后的草莓，大大减少后续采摘人员分级装框售卖的工作量。

本发明所提供的采摘机器人适用于多层种植模式下的高架作物的采摘，不仅能够用于温室草莓的采摘，同时还能用于吊挂生长的果蔬，例如番茄、黄瓜等的采摘作业，应用范围广。

附图说明

图1为本发明所述采摘机器人整体结构示意图；

图2为本发明所述采摘机器人侧面结构示意图；

图3为本发明所述路径规划模块示意图；

图4为本发明所述高度调节装置以及移动底盘结构示意图；

图5为本发明所述机械臂支撑架以及五连杆机械臂结构示意图；

图6为本发明所述末端执行机构以及图像识别定位模块结构示意图；

图7为本发明所述滑动件安装示意图。

图中：1-路径规划模块；100-旋转云台；101-第二深度相机；102-云台伺服电机；103-云台底座；104-相机支架；105-激光雷达传感器；2-移动底盘；200-移动底盘框架；201-履带；202-主动轮；203a-第一从动轮；203b-第二从动轮；204-行走驱动电机；3-图像识别定位模块；300-第一深度相机；4-五连杆机械臂；400-轴套；401-第一伺服电机；402-第二伺服电机；403-第一机械臂短连杆；404-第二机械臂短连杆；405-第一机械臂长连杆；406-第二机械臂长连杆；407-底座；5-末端执行机构；500-第一机械指；501-第二机械指；502-第一刀片；503-第二刀片；504-超声波传感器；505-第三伺服电机；506-第一机械指滑块；507-第二机械指滑块；508-滑动件；509-推杆；510-折返式电缸；511-海绵垫；512-滑轨框；6-高度调节装置；600-步进电机；601-剪式升降平台；602-精密丝杆；7-能源持续供给模块；8-分级收集装置；9-机械臂支撑架；900-支撑型材；901-支撑板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的使用是为了便于区分各名称相同的部件，因此不能理解为对本发明的限制；术语“前”、“后”、“左”、“右”的使用均是基于附图所示的描述，不是特指具体的方位，因此不能理解为对本发明的限制；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、2所示，本发明所述的适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人，包括路径规划模块1、移动底盘2、图像识别定位模块3、五连杆机械臂4、末端执行机构5、主控模块、高度调节装置6、能源持续供给模块7、分级收集装置8、机械臂支撑架9。主控模块通过WIFI信号或者网线与上位机信号连接，传递数据以供上位机进行分析处理，便于管理人员实时监测采摘机器人状态，同时下发控制指令以实现远程控制。主控模块安装在移动底盘2内，与路径规划模块1、图像识别定位模块3、末端执行机构5、高度调节装置6、能源持续供给模块7连接，接收检测数据，并进行相应的决策控制。

如图1至3所示，路径规划模块1安装在移动底盘2前端，包括旋转云台100、第二深度相机101、云台伺服电机102、云台底座103、相机支架104、激光雷达传感器105。云台底座103通过螺丝固定在机械臂支撑架9前端，云台底座103内安装有云台伺服电机102，云台伺服电机102与主控模块信号连接，云台伺服电机102输出端通过轴套与安装在云台底座103顶部的旋转云台100连接；旋转云台100上固定有相机支架104，相机支架104上安装有第二深度相机101，第二深度相机101与主控模块信号连接；激光雷达传感器105安装在云台底座103下方，与主控模块信号连接。

实际应用中，云台伺服电机102驱动旋转云台100转动，进而间接带动第二深度相机101转动，进行周围环境信息采集，采集后的信息传递至主控模块进行初步析处理，而后传递至上位机进行分析处理，从而确定采摘机器人的位置，然后由上位机按照神经网络静态路径规划算法，通过神经网络地学习来建立精确的模型，识别出定位通行的道路，再结合激光雷达传感器105采集的周围环境情况，控制移动底盘2带动采摘机器人按照指定路径避开障碍物后移动至采摘区域，进行草莓采摘作业。

如图1、2所示，移动底盘2采用履带式结构，包括移动底盘框架200、履带201、两个主动轮202、两个第一从动轮203a、两组第二从动轮203b、行走驱动电机204、电池。行走驱动电机204、主控模块均安装在移动底盘框架200内，且行走驱动电机204与主控模块信号连接；行走驱动电机204输出端与主动轮202连接，履带201套设在主动轮202、第一从动轮203a以及第二从动轮203b上。实际应用中，主控模块控制行走驱动电机204工作，行走驱动电机204驱动主动轮202转动，进而实现对采摘机器人的行走驱动控制。

如图2、4所示，高度调节装置6安装在移动底盘2上方，包括步进电机600、剪式升降平台601、精密丝杆602；两组步进电机600均与主控模块信号连接，且均与对应的两组精密丝杆602通过弹性联轴器连接，精密丝杆602上均安装有滑块，剪式升降平台601底部四端分别固定在四个滑块上。实际应用中，主控模块控制步进电机600带动精密丝杆602旋转，精密丝杆602上的滑块做水平直线运动，进而带动剪式升降平台601实现升降运动，使得采摘机器人能够实现针对不同高度工况下的温室草莓的采摘作业。

如图5所示，机械臂支撑架9安装在剪式升降平台601上表面，机械臂支撑架9是由若干通过连接件连接固定的支撑型材900和支撑板901拼接组成的矩形板状结构。

如图5、6所示，机械臂支撑架9上安装有五连杆机械臂4，五连杆机械臂4包括轴套400、第一伺服电机401、第二伺服电机402、第一机械臂短连杆403、第二机械臂短连杆404、第一机械臂长连杆405、第二机械臂长连杆406、底座407。两个底座407对称固定在机械臂支撑架9上表面前后两端，两个底座407上分别安装有第一伺服电机401和第二伺服电机402，且第一伺服电机401和第二伺服电机402的输出端均安装有轴套400。第一伺服电机401上的轴套400与第一机械臂短连杆403固定连接，第一机械臂短连杆403另一端与第一机械臂长连杆405转动连接；第二伺服电机402上的轴套400与第二机械臂短连杆404固定连接，第二机械臂短连杆404另一端与第二机械臂长连杆406转动连接。第二机械臂长连杆406另一端与第一机械臂长连杆405另一端转动连接，且连接处安装有末端执行机构5。实际应用中，主控模块控制第一伺服电机401和第二伺服电机402工作，从而带动四根连杆运动，使得末端执行机构5移动至准确的采摘位置处。

如图5至7所示，末端执行机构5包括第一机械指500、第二机械指501、第一刀片502、第二刀片503、超声波传感器504、第三伺服电机505、第一机械指滑块506、第二机械指滑块507、滑动件508、推杆509、折返式电缸510、海绵垫511、滑轨框512。第一机械指500通过螺钉固定在第一机械指滑块506前端右侧，第二机械指501通过螺钉固定在第二机械指滑块507前端左侧，第一机械指500和第二机械指501相对的一侧均设置有海绵垫511；第一机械指500上表面右侧安装有第一刀片502，第二机械指501上表面左侧安装有第二刀片503。

如图6、7所示，第一机械指滑块506以及第二机械指滑块507均滑动安装在滑轨框512内部的导轨中，第一机械指滑块506和二机械指滑块507相对的一侧均设置为斜边结构且斜边上均开设有一条滑轨，滑动件508滑动安装在第一机械指滑块506和二机械指滑块507之间；滑动件508后端与推杆509连接，推杆509另一端穿过滑轨框512后与折返式电缸510伸缩端连接，折返式电缸510安装在滑轨框512外侧，且与主控模块信号连接，受主控模块的控制。

如图6所示，第三伺服电机505安装在第二机械臂长连杆406下端，滑轨框512安装在第一机械臂长连杆405上端，且第三伺服电机505输出端与滑轨框512连接。超声波传感器504安装在滑轨框512下方，与主控模块信号连接，用于检测末端执行机构5与草莓之间的距离信息。

实际应用中，主控模块控制折返式电缸510做伸缩运动，折返式电缸510带动推杆509做往复运动，推杆509推动滑动件508在第一机械指滑块506和二机械指滑块507侧边的滑轨上运动，进而推动第一机械指滑块506和二机械指滑块507在滑轨框512内部的导轨上运动，使得第一机械指滑块506和二机械指滑块507相互靠近或远离，进而实现第一机械指500和第二机械指501相互靠近或远离。第一机械指500和第二机械指501相互靠近时，第一机械指500和第二机械指501两侧的海绵垫511压紧草莓，第一刀片502和第二刀片503相互靠近闭合，切断草莓茎秆，即可完成草莓采摘。

第一深度相机300安装在末端执行机构5的滑轨框512上方，作为图像识别定位模块3，与主控模块信号连接，用于采集温室中的草莓图像信息。能源持续供给模块7安装在移动底盘2后端，包括太阳能板和支撑架，支撑架固定在移动底盘框架200后端，太阳能板倾斜安装在支撑架上，在光照充足的条件下，能够将太阳能转化为电能存储起来，为采摘机器人的工作提供动力，保证采摘机器人可以长时间工作。分级收集装置8安装在支撑板901上，包括多个粘贴有不同标签的收集框，采摘下来的草莓根据体积大小的不同分别存储于不同标签的收集框中。

利用本发明所述适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人进行草莓采摘的方法，具体包括如下过程：

在上位机以及主控模块的综合控制下，云台伺服电机102驱动旋转云台100转动，旋转云台100上的第二深度相机101随之转动，采集采摘机器人周围环境信息，第二深度相机101以及激光雷达传感器105采集的信息均传递至主控模块进行初步析，而后传递至上位机进一步分析处理，从而确定采摘机器人的位置，然后按照神经网络静态路径规划算法，通过神经网络地学习来建立精确的模型，识别出定位通行的道路，据此下发控制指令；由主控模块控制移动底盘2上的行走驱动电机204工作，行走驱动电机204驱动主动轮202转动，进而带动履带运动，使得采摘机器人按照既定的路径行走至草莓采摘区域。

到达草莓采摘区域后，超声波传感器504检测末端执行机构5与草莓之间的距离并最终传递至上位机，同时，第一深度相机300采集温室中草莓图像数据并传递至上位机进行分析处理，利用2D-to-3D技术，将草莓2D图像转换为3D模型，计算草莓的相对体积；然后利用采集到的草莓图像制作好COCO数据集，输入到改进的深度学习实例分割网络SOLO中进行训练，SOLO按果实在图像中的位置进行分割，将ResNet-101作为主干网络提取特征，连接FPN网络，由于底层特征层对于小目标的检测效果更好，因此将FPN网络与ResNet-101主干网络底层特征层进行融合，在瓶颈处添加注意力机制模块，将非极大值抑制修改为快速非极大值抑制，以提高模型对草莓的检测速度和精度；将草莓图像输入到训练好的网络模型后，输出草莓和茎秆的掩膜并提取出来，将草莓茎秆的二分之一处作为切割点。

确定好切割点位置以及末端执行机构5与草莓之间的距离后，上位机下发指令至主控模块，主控模块控制五连杆机械臂4的第一伺服电机401和第二伺服电机402工作，从而带动四根连杆运动，将末端执行机构5移动至准确的采摘位置处。接着，主控模块控制末端执行机构5的折返式电缸510伸缩端向后收缩，折返式电缸510向后拉动推杆509，推杆509向后拉动滑动件508，滑动件508沿着第一机械指滑块506和二机械指滑块507侧边滑轨向后运动，第一机械指滑块506和二机械指滑块507沿着滑轨框512内部的导轨相互靠近，从而带动第一机械指500和第二机械指501相互靠近，利用海绵垫511压紧草莓，同时，第一刀片502和第二刀片503也相互靠近，将草莓茎秆切断。然后根据计算出的草莓的相对体积数据，通过五连杆机械臂4将末端执行机构5移动至分级收集装置8对应的收集框上方，此时主控模块控制折返式电缸510向前伸出，推杆509向前挤压滑动件508，使得第一机械指滑块506和二机械指滑块507沿着滑轨框512内部的导轨相互分离，草莓落入收集框内。

一侧架体上的草莓采摘完成后，五连杆机械臂4在第一伺服电机401和第二伺服电机402的驱动下，将末端执行机构5移动至另一侧，然后由第三伺服电机505驱动末端执行机构5整体旋转，再按照同样的方法进行草莓的采摘和摆盘即可。第一层草莓采摘完成后，进行第二层高度的草莓的采摘工作时，主控模块控制高度调节装置6中的步进电机600工作，步进电机600驱动精密丝杆602旋转，进而带动剪式升降平台601上升，将五连杆机械臂4整体抬升至第二层草莓采摘高度，然后继续按照同样的方法进行草莓的采摘和摆盘即可。

所述剪式升降平台601为现有结构，因此本发明不再对其工作原理以及具体连接方式进行赘述。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用适用于多层高架种植农艺的多工况温室草莓精准采摘机器人的草莓采摘方法，其特征在于，多工况温室草莓精准采摘机器人包括移动底盘（2），移动底盘（2）内部安装有主控模块，主控模块与上位机信号连接，主控模块还与路径规划模块（1）、第一深度相机（300）、五连杆机械臂（4）、末端执行机构（5）、高度调节装置（6）、能源持续供给模块（7）连接；

移动底盘（2）上方安装有高度调节装置（6），高度调节装置（6）上方通过机械臂支撑架（9）安装有五连杆机械臂（4），五连杆机械臂（4）上安装有末端执行机构（5），末端执行机构（5）上安装有第一深度相机（300）；机械臂支撑架（9）前端安装有路径规划模块（1），移动底盘（2）后端安装有能源持续供给模块（7）；

所述末端执行机构（5）包括滑轨框（512），滑轨框（512）下表面安装有超声波传感器（504），滑轨框（512）下表面还与第三伺服电机（505）输出端连接，滑轨框（512）前端滑动安装有第一机械指滑块（506）和第二机械指滑块（507），第一机械指滑块（506）和第二机械指滑块（507）相对的一侧均设置为斜边结构且斜边上均开设有一条滑轨，滑动件（508）滑动安装在滑轨中，滑动件（508）后端与推杆（509）连接，推杆（509）另一端穿过滑轨框（512）后与折返式电缸（510）连接；

第一机械指滑块（506）前端、第二机械指滑块（507）的前端分别安装有第一机械指（500）、第二机械指（501），第一机械指（500）上表面、第二机械指（501）上表面均安装有刀片；

所述路径规划模块（1）包括固定在机械臂支撑架（9）前端的云台底座（103），云台底座（103）内安装有云台伺服电机（102），云台伺服电机（102）输出端与安装在云台底座（103）顶部的旋转云台（100）连接，旋转云台（100）上安装有第二深度相机（101），云台底座（103）下方还安装有激光雷达传感器（105）；

草莓采摘方法如下：

在上位机以及主控模块的综合控制下，云台伺服电机（102）驱动旋转云台（100）转动，旋转云台（100）上的第二深度相机（101）随之转动，采集采摘机器人周围环境信息，第二深度相机（101）以及激光雷达传感器（105）采集的信息均传递至主控模块进行初步分析，而后传递至上位机进一步分析处理，确定采摘机器人的位置，然后按照神经网络静态路径规划算法，通过神经网络的学习来建立精确的模型，识别出定位通行的道路，据此下发控制指令；由主控模块控制移动底盘（2）工作，使得采摘机器人按照既定的路径行走至草莓采摘区域；

到达草莓采摘区域后，超声波传感器（504）检测末端执行机构（5）与草莓之间的距离并最终传递至上位机，第一深度相机（300）采集温室中草莓图像数据并传递至上位机进行分析处理，利用2D-to-3D技术，将草莓2D图像转换为3D模型，计算草莓的相对体积；然后利用采集到的草莓图像制作COCO数据集，输入到改进的深度学习实例分割网络SOLO中进行训练，SOLO按果实在图像中的位置进行分割，将ResNet-101作为主干网络提取特征，连接FPN网络，将FPN网络与ResNet-101主干网络底层特征层进行融合，在瓶颈处添加注意力机制模块，将非极大值抑制修改为快速非极大值抑制；将草莓图像输入到训练好的网络模型后，输出草莓和茎秆的掩膜并提取出来，将草莓茎秆的二分之一处作为切割点；

确定好切割点位置以及末端执行机构（5）与草莓之间的距离后，上位机下发指令至主控模块，主控模块控制五连杆机械臂（4）工作，将末端执行机构（5）移动至采摘位置处；接着，主控模块控制折返式电缸（510）伸缩端向后收缩，折返式电缸（510）向后拉动推杆（509），推杆（509）向后拉动滑动件（508），滑动件（508）沿着第一机械指滑块（506）和第二机械指滑块（507）侧边滑轨向后运动，第一机械指滑块（506）和第二机械指滑块（507）沿着滑轨框（512）内部的导轨相互靠近，从而带动第一机械指（500）和第二机械指（501）相互靠近，压紧草莓，通过刀片将草莓茎秆切断；然后根据计算出的草莓的相对体积数据，通过五连杆机械臂（4）将末端执行机构（5）移动至机械臂支撑架（9）上的分级收集装置（8）上方，此时主控模块控制折返式电缸（510）向前伸出，推杆（509）向前挤压滑动件（508），使得第一机械指滑块（506）和第二机械指滑块（507）沿着滑轨框（512）内部的导轨相互分离，第一机械指（500）和第二机械指（501）分开，草莓落入分级收集装置（8）内；

一侧架体上的草莓采摘完成后，通过五连杆机械臂（4）将末端执行机构（5）移动至另一侧，然后控制第三伺服电机（505）驱动末端执行机构（5）整体旋转至另一侧，继续采摘草莓；第一层架体的草莓采摘完成后，主控模块控制高度调节装置（6）工作，将五连杆机械臂（4）整体抬升至第二层草莓采摘高度处，继续采摘草莓。

2.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述五连杆机械臂（4）包括两个对称固定在机械臂支撑架（9）上表面的底座（407），两个底座（407）上分别安装有第一伺服电机（401）和第二伺服电机（402），第一伺服电机（401）和第二伺服电机（402）分别与第一机械臂短连杆（403）、第二机械臂短连杆（404）固定连接，第一机械臂短连杆（403）另一端与第一机械臂长连杆（405）转动连接，第二机械臂短连杆（404）另一端与第二机械臂长连杆（406）转动连接；

第二机械臂长连杆（406）另一端与第一机械臂长连杆（405）另一端转动连接，且连接处的第二机械臂长连杆（406）下端安装有第三伺服电机（505），连接处的第一机械臂长连杆（405）上端安装有滑轨框（512）。

3.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述移动底盘（2）包括移动底盘框架（200）、多组从动轮、履带（201），移动底盘框架（200）内安装有行走驱动电机（204），行走驱动电机（204）输出端与主动轮（202）连接，履带（201）套设在主动轮（202）以及从动轮上。

4.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述高度调节装置（6）包括两组步进电机（600），两组步进电机（600）均与对应的两组精密丝杆（602）通过弹性联轴器连接，精密丝杆（602）上均安装有滑块，剪式升降平台（601）底部四端分别固定在四个滑块上。

5.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述机械臂支撑架（9）是由多块支撑型材（900）和支撑板（901）拼接组成的矩形板状结构；支撑板（901）上安装有多个粘贴有不同标签的收集框作为分级收集装置（8）。

6.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述第一机械指（500）与第二机械指（501）相对的一侧均设置有海绵垫（511）。

7.根据权利要求1所述的草莓采摘方法，其特征在于，所述能源持续供给模块（7）包括太阳能板和支撑架，支撑架固定在移动底盘（2）后端，太阳能板倾斜安装在支撑架上。

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