面向果树作物的机器人疏花系统之设计、集成与田间评估

美国苹果产业在训练、修剪、疏花、疏果及采收等关键田间作业上严重依赖半熟练手工劳动力。疏花是实现目标负载、果实品质与次年开花的关键作物负载管理实践之一。尽管化学与机械疏花等技术可用于大规模疏花，但此类方法常导致不可预测的疏花结果，并可能损伤树冠、短枝与叶片组织。因此，种植者仍依赖费力、劳动密集且昂贵的手动疏花以获得期望的疏花效果。本研究提出一种用于苹果园疏花的机器人方案，其采用带人工智能的计算机视觉系统、六自由度机械臂，以及用于机器人疏花的电动微型末端执行器。该集成机器人在商业苹果园中进行了评估，在针对性与选择性疏花方面展现出良好前景。研究考察了中心疏花与边界疏花两种方案，以评估系统从苹果花簇中去除不同比例花朵的能力。边界疏花时末端执行器沿花簇边界驱动，而中心疏花仅于花簇质心处驱动固定时长2秒。边界疏花方案从目标花簇中疏除67.2%的花朵，每簇周期时间9.0秒；中心疏花方案疏除59.4%的花朵，每簇周期时间7.2秒。若实现商业化应用，所提系统可帮助苹果种植者解决当前手动、化学与机械疏花方法面临的问题。