T∕CAMA 51-2021 連棟溫室 茄果類果蔬采摘機器人

1、ICS65.060.70CCSB 91團體標準T/CAMA 512021連棟溫室 茄果類果蔬采摘機器人Multi-span greenhouse harvesting robot for solanaceous fruit2021 - 12 - 29 發(fā)布2022 - 03 - 01 實施中國農業(yè)機械化協會發(fā) 布T/CAMA 512021前言本文件按照GB/T 1.12020標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則的規(guī)定起草。 本文件由中國農業(yè)機械化協會提出并歸口。 本文件起草單位：蘇州博田自動化技術有限公司、中國農業(yè)大學、蘇州大學、國家農業(yè)信息化工程技術研究中心、農業(yè)農村部規(guī)劃設

2、計研究院。 本文件主要起草人：王蓬勃、袁挺、李偉、耿長興、馮青春、丁小明。 I T/CAMA 512021連棟溫室 茄果類果蔬采摘機器人1 范圍本文件規(guī)定了在連棟溫室內從事茄果類果蔬選擇性收獲作業(yè)的采摘機器人（以下簡稱“采摘機器人”）的術語和定義、產品型號、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸與貯存。 本文件適用于農業(yè)生產用連棟溫室內從事果實選擇性采收作業(yè)的采摘機器人的設計、研發(fā)、生產和測試。 2 規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件， 僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

3、用于本文件。 GB/T 9480 農林拖拉機和機械、草坪和園藝動力機械 使用說明書編寫規(guī)則 GB 10396 農林拖拉機和機械、草坪和園藝動力機械 安全標志和危險圖形 總則GB/T 20721 自動導引車 通用技術條件 GB/T 36239 特種機器人 術語 GB/T 36321 特種機器人 分類、符號、標志 JB/T 5673 農林拖拉機及機具涂漆 通用技術條件JB/T 6712 拖拉機外觀質量要求 JB/T 9832.2 農用拖拉機及機具 漆膜 附著性能測定方法 壓切法 3 術語和定義GB/T 36239界定的以及下列術語和定義適用于本文件。 采摘機器人 harvesting robot由

4、電動底盤、輕型協作機械臂、視覺裝置和收集裝置等組成，通過軟件操控能夠在連棟溫室內自主完成果實選擇性采摘作業(yè)的農業(yè)機器人。 識別成功率 recognition success rate成功識別果實的次數與采摘機器人行走過程中視場內所有理論可以識別（滿足成熟度要求和無遮擋要求）的果實數量之比。 采摘成功率 harvesting success rate實際采摘果實數量與實際采摘動作次數之比。 采摘速度 harvesting cycle time完成一次采摘所用的時間，具體是指采摘機器人識別到果實后，從機械臂開始執(zhí)行到采摘、投放果籃，這一系列動作所用的時間。 軌道 tube rail由兩根相同直徑管

5、道組成的鋪設于地面的導軌裝置，兩根管道之間寬度固定，通常用于加熱和各類移動車輛行走。 8 4 產品型號采摘機器人產品型號應按照GB/T 36321編制，由產品類別、產品功能、產品類型、主參數和改進型號（可選）五部分組成，標記如下圖所示。其中產品類別用“R”（機器人）表示，產品功能用“CZ”（采摘）表示，產品類型包括履帶式（代號：LD）、輪式（代號：LS）、軌道式（代號：GD），主參數以產品機械臂額定負載重量表示，改進代號可選。 示例：RCZLD-5 表示履帶式采摘機器人，機械臂額定負載為 5kg。 5 技術要求 運動性能要求5.1.1 自主導航定位精度采摘機器人自主導航定位精度不大于50 mm

6、。 5.1.2 額定速度采摘機器人在水平地面以額定負載運行的額定速度應不小于1.0 m/s，在溫室種植區(qū)軌道上運行的額定速度應不小于0.6 m/s。 5.1.3 轉向能力采摘機器人在地面上應具有原地360轉向能力。 5.1.4 制動性能采摘機器人在額定速度和額定負載條件下，制動距離應不大于0.5 m。 5.1.5 續(xù)航能力采摘機器人電池充電一次充滿后滿負載續(xù)航能力應不低于2 h，續(xù)航時間內，采摘機器人應能穩(wěn)定可靠工作。 作業(yè)性能要求5.2.1 識別成功率采摘機器人應對工作運行過程中采集到的圖像實時處理，識別到成熟果實，識別成功率應不小于85%。 5.2.2 采摘成功率采摘機器人應對識別到的果實

7、進行空間定位、抓取、切割、投放果籃動作，完成采摘動作，采摘成功率應不小于60%。 5.2.3 采摘速度采摘機器人采摘一串或一個果實的時間應不大于20 s。 安全性能要求采摘機器人應滿足GB/T 20721安全要求，并滿足以下要求： 5.3.1 警報裝置與安全標志采摘機器人運動系統的底盤（除車輪、履帶外）應有遮擋，并在車體周圍安裝探測傳感器和警報裝置，并應在遺留風險附近明顯位置處設置安全標志，安全標志應符合GB 10396的規(guī)定。 5.3.2 防碰撞功能采摘機器人工作時，車體周圍的探測傳感器應能探測到車體前后方2 m以內障礙物后自動停車報警， 障礙物尺寸不小于500 mm（高）200 mm（寬）

8、，障礙物移除后應能自主恢復行走。 5.3.3 緊急停車功能采摘機器人應在操作面板醒目位置設置急停按鈕，并優(yōu)先于采摘機器人其他所有功能。急停按鈕未經手動復位前應不能自動恢復。 5.3.4 遙控距離采摘機器人遙控器遙控距離在正常工作條件下應不小于120 m，并在全行程范圍內控制有效。 可靠性采摘機器人首次故障（輕微故障除外）前平均工作時間應不小于20 h。 裝配與外觀質量5.5.1 采摘機器人裝配質量應滿足以下要求： 運動件應運轉靈活，不得有卡阻、磕碰現象； 非運動件裝配后不得有明顯偏移、歪斜、翹曲等現象； 緊固件應緊固可靠，無松動現象。 5.5.2 采摘機器人外觀質量應滿足以下要求： 零部件應無

9、明顯傷痕、銹漬、油污及可能引起傷害的銳邊、毛刺等缺陷； 零件表面應色澤均勻、光潔，附著牢固； 漆層厚度應符合 JB/T 5673 的規(guī)定，漆膜附著力應不低于 JB/T 9832.2 中規(guī)定的級。 使用說明書采摘機器人的使用說明書應按GB/T 9480的規(guī)定編制，至少應有以下內容： 產品名稱、型號、主要技術參數（包括采摘機器人外形尺寸、額定速度、采摘速度等）和生產執(zhí)行標準； 有關安全使用的要求和安全警示說明； 操作、檢修和維護保養(yǎng)的信息； 制造廠名稱、地址及電話。 6 試驗方法 試驗條件6.1.1 試驗場地應選擇適合采摘機器人作業(yè)的連棟溫室，或選擇具備試驗條件的室內進行。 6.1.2 試驗應在硬

10、化路面和軌道上進行，路面應平整、干燥、整潔；試驗路段路面坡度的最大允許值應小于 5%。 6.1.3 在試驗路面上和軌道上分別設置測試區(qū)，測試區(qū)試驗通道長度應不小于 30 m，寬度應不小于1.5 m，在測試區(qū)的兩端應有足夠長的助行區(qū)域和保證安全停車的輔助區(qū)域，并能夠雙向行駛。 6.1.4 試驗環(huán)境氣溫應在 040之間，相對濕度不低于 50%。 6.1.5 試驗樣機應裝配完好，技術狀態(tài)良好，并按照產品說明書規(guī)定充滿電。 運動性能試驗6.2.1 自主導航定位精度試驗按如下步驟進行試驗： a) 在試驗路面測試區(qū)域內，預先標定導航軌跡，并標明預設點位置、始端線和終端線； b) 設定采摘機器人自主行走路線

11、、預設點位置和額定速度； c) 將采摘機器人按預設路線行走，觀察并記錄采摘機器人的自主行走路線，并測量采摘機器人的自主導航定位偏差； d) 重復試驗不少于 3 次，記錄前后、左右兩個方向上重復導航定位偏差測量值之和，并取平均值，判斷試驗結果是否符合本標準規(guī)定。 6.2.2 額定速度試驗按如下步驟進行： a) 分別在試驗路面和軌道測試區(qū)域內，預先標定導航軌跡，標出始端線和終端線； b) 使采摘機器人自主導航行駛，保持額定速度駛過始端線和終端線，記錄采摘機器人駛過始端線和終端線的時間差，計算行走速度； c) 重復試驗不少于 3 次，計算采摘機器人的平均速度，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 6.

12、2.3 轉向能力試驗按如下步驟進行： a) 在試驗場地內，測定采摘機器人靜止狀態(tài)質心位置； b) 操縱采摘機器人左右驅動輪以相反方向運動，使采摘機器人原地轉向 360； c) 測量采摘機器人旋轉運動時行走的圓形軌跡的圓心與采摘機器人的質心之間的距離； d) 重復試驗不少于 3 次，取平均值，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 6.2.4 制動性能試驗按如下步驟進行： a) 在平整的試驗地面上畫上停止線； b) 使采摘機器人以額定速度在滿載條件下運行至停止線時立即停車； c) 測量采摘機器人超出停止線部分的行駛距離； d) 取 3 次試驗的算術平均值，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 6.2.

13、5 續(xù)航能力試驗按如下步驟進行： a) 試驗地面上畫出長為 30 m 的測試區(qū)間，在測試區(qū)間內采用在仿真作物枝葉或藤蔓上懸掛真實果實來模擬實際作業(yè)場景，確保懸掛的果實均在采摘機器人視覺視場內可見無遮擋，且符合作物實際生長狀況； b) 使采摘機器人在測試區(qū)間內以最大作業(yè)速度連續(xù)往返進行采摘作業(yè)； c) 直至采摘機器人發(fā)出電量不足報警信號，記錄采摘機器人連續(xù)作業(yè)時間為續(xù)航，判斷是否達到續(xù)航時間要求。 作業(yè)性能試驗6.3.1 識別成功率試驗按如下步驟進行： a) 試驗地面上畫出長為 30 m 的測試區(qū)間，在測試區(qū)間內采用在仿真作物枝葉或藤蔓上懸掛真實果實來模擬實際作業(yè)場景，果實數量應不低于 30 個

14、，確保懸掛的果實均在采摘機器人視覺視場內可見無遮擋，且符合作物實際生長狀況； b) 使采摘機器人在模擬場景內以最大作業(yè)速度自主行走，采摘機器人自主識別果實，并記錄識別數量； c) 計算采摘機器人實際識別果實個數與應識別果實個數之比； d) 采摘機器人一次行走完成場景中全部識別任務為 1 次試驗，取 3 次試驗的算術平均值，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 6.3.2 采摘成功率和采摘速度試驗按如下步驟進行： a) 試驗準備參考 6.3.1； b) 使采摘機器人在模擬場景內以最大作業(yè)速度自主行走，采摘機器人自主識別果實并完成全部采摘流程； c) 記錄采摘機器人每一次采摘過程中從機械臂開始執(zhí)行到

15、果實投放入果籃為止所用時間； d) 統計采摘機器人收集藍中實際采摘果實個數與執(zhí)行采摘動作次數； e) 采摘機器人一次行走完成場景中全部采摘任務為 1 次試驗，分別統計采摘機器人的采摘速度和采摘成功率； f) 取 3 次試驗的算術平均值，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 安全性能試驗6.4.1 警報裝置性能試驗 警報裝置性能是在正常作業(yè)狀態(tài)下，確認下列各種警報裝置工作性能： 自動運行指示燈； 啟動報警； 運動報警； 異常報警。 6.4.2 防碰撞功能試驗 在采摘機器人的運行路線上設置障礙物（高500 mm寬200 mm），使采摘機器人按照預定路線行走，觀察采摘機器人行走過程中遇到障礙物是否停止

16、，將障礙物移除后，觀察采摘機器人是否自主恢復行走。 6.4.3 緊急停車性能試驗 緊急停車性能測試是以規(guī)定速度自主運行的采摘機器人在直線軌跡上預先標志的地點按下急停按鈕后，采摘機器人緊急停車，測試從標志位置到停車位置的距離。 6.4.4 遙控距離試驗 在測試場地內，用遙控器操縱采摘機器人啟動、行走和停止，檢查遙控器在采摘機器人作業(yè)全過程內控制的靈敏、有效性，不斷增大遙控器與采摘機器人之間的距離，直至操縱無效，記錄遙控距離。至少取3次試驗的算術平均值，判斷試驗結果是否符合本標準的規(guī)定。 可靠性試驗在正常作業(yè)狀況下考核采摘機器人累計工作時間為50 h，測定采摘機器人發(fā)生首次故障（輕微故障除外）前的

17、平均工作時間。按公式（1）計算采摘機器人首次故障前平均工作時間。 = 1 + 1 ( ) (1) =1 式中：首次故障前平均工作時間，單位為小時（h）； 試驗采摘機器人臺數； 試驗期間發(fā)生首次故障的采摘機器人臺數； 第臺采摘機器人發(fā)生首次故障時的累計工作時間，單位為小時（h）； 實驗結束時，未發(fā)生故障的采摘機器人累計工作時間，即50 h。當 = 0時，規(guī)定 。 裝配與外觀質量檢查6.6.1 采摘機器人以額定負載、額定速度運行 30 min 之后，采用目測、手感等方式進行檢查、測定。 6.6.2 緊固件連接牢固程度采用常規(guī)扳手進行檢查。 6.6.3 涂漆層厚度按 JB/T 5673 的規(guī)定測定；

18、漆膜附著力的測定按照 JB/T 9832.2 的規(guī)定進行。 使用說明書檢查使用說明書按5.6規(guī)定內容逐項檢查是否齊全。 7 檢驗規(guī)則出廠檢驗7.1.1 采摘機器人應經制造廠質量檢驗部門檢驗，并附有產品質量合格證方準出廠。 7.1.2 采摘機器人出廠前應全部進行出廠檢驗，檢驗項目見表 1，全部檢驗項目均應合格。 型式檢驗7.2.1 有下列情況下之一時，應進行型式檢驗： 新產品定型鑒定或產品轉廠生產； 正式生產后，如結構，工藝，材料有較大的改變，可能影響產品性能； 工裝、模具的磨損可能影響產品性能； 成批生產的采摘機器人應定期抽檢，至少每年一次，每一次不少于 2 臺； 出廠檢驗結果與上次型式試驗有

19、較大差異時； 產品長期停產后，恢復生產時； 質量監(jiān)督機構提出進行型式檢驗要求時。 7.2.2 型式檢驗的樣機應從出廠檢驗合格的產品中隨機抽取，數量不少于 2 臺，抽樣基數不少于 5 臺。 7.2.3 型式檢驗項目按表 1 規(guī)定，按其對產品質量的影響程度，分為 A、B、C 三類。A 類為對產品質量有重大影響的項目，B 類為對產品質量有較大影響的項目，C 類為對產品質量有一般影響的項目。 7.2.4 抽樣判定方案按表 2 的規(guī)定進行。表中接收質量限 AQL、接收數 Ac、拒收數 Re 均按計點法（即不合格項次數）計算。采用逐項考核，按類別判定的原則，若各類不合格項次小于接收數 Ac 時，判定該產品合格；若不合格項次大于拒收數 Re 時，判定該產品不合格。 表1 檢驗項目分類項目分類 檢驗項目 對應條款 出廠檢驗 型式檢驗 類 項 A 1 警報裝置與安全標志 5.3.1 2 防碰撞功能 5.3.2 3 緊急停機功能 5.3.3 4 遙控距離 5.3.4 5 額定速度 5.1.2 6 制動性能 5.1.