[0001] 本发明涉及果树修剪机械装置技术领域，具体涉及一种基于机器视觉与芽点分布映射识别的猕猴桃剪枝机器人。

[0002] 冬季剪枝是猕猴桃栽培管理过程中必不可少的环节。盲目保留过多枝条会导致树冠冗杂，影响光线照射和营养积累，降低果实质量，并易患病害。因此，合理冬剪能够控制枝条数量和长度，保持猕猴桃植株强健和高产能力。

[0003] 剪枝机械装备对果园生产具有重要意义。尽管在果树剪枝工作中，传统的人工剪枝仍然占主导地位，但其工作量大、成本高，属于劳动密集型作业。然而，人工剪枝技术性强，且操作具有不可逆性，因此需对操作员进行培训。此外，由于剪枝作业需要长时间举臂，大面积作业时工作效率低下且容易导致职业病。仅仅依靠人工剪枝无法满足生产需求，因此半自动剪枝机械设备应运而生。然而半自动机械剪枝多适用于果树粗剪，对果园种植模式和树形要求严格，目前主要应用于现代矮砧密植型果园中，难以适用于棚架栽培式猕猴桃园。因此有必要研发猕猴桃自动剪枝机器人，推进猕猴桃生产全程机械化的发展。

[0013] 下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。

[0014] 本发明设计了一种基于机器视觉与芽点分布映射识别的猕猴桃剪枝机器人，用于针对待剪枝猕猴桃枝条，实现检测道路信息、自主导航、自动化识别定位、精准对靶、自动剪枝操作；实际应用中，如图1所示，包括电动剪枝器（1）、机械臂（2）、控制箱（3）、视觉感知系统（4）、承载支架（5）、移动底盘（6）。

[0015] 如图4所示视觉感知系统（4）中RGB‑D相机A（401）固接于相机支架（402）正上方，RGB‑D相机B（403）固接于相机支架（402）正前方，相机支架（402）与承载支架（5）相固接，RGB‑D相机A（401）与RGB‑D相机B（403）均与控制箱（3）通讯连接；RGB‑D相机B（403）实时采集猕猴桃冠层区域前方道路图像，并将其上传到控制箱（3），以识别和定位道路两侧猕猴桃树干的位置信息。当视野中两侧树干的距离不等时，控制箱（3）发出信号以调整移动底盘（6）转向，确保移动底盘（6）在道路中间行驶；当移动底盘（6）行进至待剪枝区域，RGB‑D相机A（401）采集猕猴桃冠层图像并上传到控制箱（3）对剪枝位置识别定位。

[0016] 如图3所示机械臂（2）中伺服电机A（211）固接在主构架（213）上，输出轴固接传动板B（203），伺服电机A（211）转动带动传动板B（203）和大臂水平保持连杆（204）实现大臂（210）的转动；同理伺服电机B（212）通过传动板A（202）带动小臂传动杆（205）,通过三角保持架（206）和小臂水平保持连杆（208）实现小臂（207）转动；大臂（210）和小臂（207）的联动实现机械臂的腕部（209）移动至待剪枝条的剪枝位置正下方。

[0017] 电动剪枝器（1）固接于机械臂（2）的腕部（209）如图2所示，电源开关（105）与控制板（107）相固接，控制板（107）与电机（104）通讯连接，电机（104）输出端传动固接到齿轮箱（103），齿轮箱（103）前端固接动刀片（101）；当打开电源开关（105），控制板（107）发出信号使电机（104）转动，并通过齿轮箱（103）驱动动刀片（101）转动，使得动刀片（101）与定刀片（102）相互闭合或分离，完成剪切动作后，机械臂（2）移动至下一待剪枝条的剪枝位置处，重复剪切动作；当前剪枝区域剪枝结束后控制箱(3)发出信号控制移动底盘（6）行进至下一剪枝区域。

[0018] 确定剪枝位置流程图如图6所示，剪枝位置通过检测猕猴桃枝条和芽点分布映射识别得到；根据猕猴桃枝条结构特点，利用深度学习网络，首先分割RGB‑D相机A（401）采集到的猕猴桃冠层图像中的主蔓、营养枝和结果枝，再检测分布在营养枝和结果枝上的芽点；通过对比芽点边界框信息与枝条掩膜信息的最大交并比，匹配图像中隶属于特定的结果枝或营养枝的芽点，并得到其分布映射；再根据图像中分割得到的主蔓位置，采取如下策略确定可能的剪枝位置：若主蔓位于图像左侧，依据剪枝原则自左向右选取第n个芽点的右边框中点作为潜在剪枝位置，若主蔓位于图像右侧，则自右向左选取第n个芽点的左边框中点作为潜在剪枝位置；其中n指根据冬剪策略确定的猕猴桃枝条上所保留的芽点数量。

[0019] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。