随着农业智能化的不断发展,目前国内外学者已针对不同果蔬作物研制出多款智能采摘机器人,均处于实验室阶段。为提升农业现代化水平,加快采摘机器人市场化,促进对柑橘果实生长过程监管的自动化与智能化,提出了在采摘机器人上添加巡检模块的方式,提升采摘机器人的使用价值。本文主要研究了基于三维重建的智能柑橘巡检机器人,提出了通过巡检机器人对柑橘果实表面信息进行获取的方式及计分方法,搭建了适用于果园环境下作业的巡检机器人软硬件实验平台,通过在仿真平台上对视觉系统所给出的果树信息进行三维建模,实现了机器人避障运动规划的功能。该款机器人可在果园环境下完成对柑橘果实巡检的任务,在一定程度上加快了农业机器人走出实验室的进程,同时对采摘机器人避障采摘提供了一定的参考价值。本文主要研究内容和结论如下:(1)提出了机械臂与相机结合的方式对柑橘果实进行全方位巡检作业以及柑橘果实表面信息的计分方式。通过对巡检机器人巡检方式的研究以及对柑橘果实病虫害种类及防护进行了相关调研,提出通过机械臂与相机结合的方式对柑橘果实进行表面信息的获取。在此基础上提出3种柑橘果实巡检方案,即采用2个拍摄位姿的对角拍摄、采用间隔角为120°的3个拍摄位姿进行拍摄与采用间隔角为90°的4个拍摄位姿的巡检方案。为方便统计巡检机器人对柑橘果实表面信息率的获取程度,根据病虫害的发病部位提出了基于柑橘果实表面信息的区域积分制,将柑橘果实表面通过8条经度和3条纬度划分为32份,并通过手持相机对柑橘果实进行拍摄验证,3种拍摄方案都能对绝大部分的柑橘果实表面信息进行获取。(2)搭建巡检机器人软硬件平台。通过对柑橘果树上果实的调研,在原有的采摘机器人的硬件平台上增加了巡检模块,搭建了巡检机器人的硬件平台。在机器人操作系统(Robot operating system,ROS)环境下进行了巡检机器人的仿真平台的搭建,通过对巡检机器人模型的URDF文件建立,MoveIt!功能包的配置,运动空间的分析,机器人与巡检相机进行通信和巡检相机的界面搭建,完成巡检机器人仿真平台的搭建。并在仿真平台上对巡检机器人进行运动仿真,同时通过CAN接口实现仿真与实体机械臂运动控制的一致性。(3)在仿真平台上进行机械臂避障实验。首先通过Kinect V2相机对柑橘果实及枝干信息的获取,包括Kinect V2相机的定标,机器人的手眼标定,以及通过Mask R-CNN算法对柑橘果实及枝干的识别,对识别结果进行预处理,并在Kinect相机上通过映射的方式对柑橘果树的信息进行获取。对Kinect相机所获取的柑橘果实及枝干信息在ROS仿真平台上进行重建,并对目前主流的机器人自主规划算法进行对比,选取RRT-connect算法作为机器人的避障规划算法,并对所求解出的路径的机械臂关节值进行五次多项式插值使机械臂运动轨迹平滑,考虑到仿真实验平台上巡检机器人在Rviz界面加载速度慢,且机器人运动规划占用内存较多的问题,提出对机器人的外观模型进行AABB包围盒算法进行简化。在仿真实验平台上对巡检机器人进行避障实验验证,巡检机器人在运动规划过程中可避开障碍物完成柑橘果实全方位巡检作业。(4)对所研制的巡检机器人进行了实验验证,在室内环境下的实验结果表明,柑橘果实的横纵径比越接近1,拍摄所获取的柑橘外表面信息越完整,当采用3个拍摄位的巡检方案时,可以在保证获取柑橘表面完整率的同时有较高的避障成功率和工作效率,柑橘表面信息获取率可达93.96%,机械臂平均运动时间为86.29s,机械臂在巡检过程中对所有巡检位姿的规划成功率为90.82%,机械臂在运动过程中的避障成功率为87.29%。通过室内实验所得到的结论对柑橘果园环境下的柑橘果实进行巡检仿真实验,实验结果表明采用3个巡检位姿的巡检方案能够在果园环境下对柑橘果实进行巡检作业。