面向垂直农场非接触式授粉的感知驱动花朵定位空中机械臂

自然传粉者的减少给受控室内农业的作物生产带来了重大挑战，在缺乏自然昆虫授粉的垂直农场环境中尤为如此。这促使了能够执行精确花朵定位任务、同时对脆弱花卉结构最小化物理干扰的机器人系统的开发。本文提出了一种空中机械臂平台，用于垂直农场环境中的感知驱动花朵检测、定位与接近。所提系统集成了基于 RGBD 的板载感知、基于 PX4 平台的模型预测路径积分（MPPI）无人机（UAV）控制，以及用于精确末端执行器定位的轻量级2自由度机械臂。该平台在 MuJoCo 仿真和无人机实验室的 flowers 定位测试台上进行了评估。实验结果展示了稳定的无人机飞行、可靠的花朵定位以及厘米级的末端执行器定位精度。在仿真中，所提控制器实现了持续的轨迹收敛和准确的目标对准。在真实世界的无人机实验室环境中，集成的感知-控制-操作框架在受限的空中作业下实现了稳定的花朵目标定位和末端执行器对准。这些结果验证了所提空中机械臂作为未来非接触式授粉系统稳健的机器人载体与定位框架的有效性。虽然当前研究侧重于感知引导的定位与对准，但所开发的平台为未来集成先进非接触式末端执行器（包括基于声学的花粉操作模块）提供了实用基础。