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(biāo)準(zhǔn)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(nóng)業(yè)機械化協(xié)會發(fā) 布T/CAMA 512021前言本文件按照GB/T 1.12020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。 本文件由中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會提出并歸口。 本文件起草單位：蘇州博田自動化技術(shù)有限公司、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)

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(nèi)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(shù)語和定義、產(chǎn)品型號、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸與貯存。 本文件適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用連棟溫室內(nèi)從事果實選擇性采收作業(yè)的采摘機器人的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)和測試。 2 規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(nóng)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(nóng)林拖拉機和機械、草坪和園藝動力機械 安全標(biāo)志和危險圖形 總則GB/T 20721 自動導(dǎo)引車 通用技術(shù)條件 GB/T 36239 特種機器人 術(shù)語 GB/T 36321 特種機器人 分類、符號、標(biāo)志 JB/T 5673 農(nóng)林拖拉機及機具涂漆 通用技術(shù)條件JB/T 6712 拖拉機外觀質(zhì)量要求 JB/T 9832.2 農(nóng)用拖拉機及機具 漆膜 附著性能測定方法 壓切法 3 術(shù)語和定義GB/T 36239界定的以及下列術(shù)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(xié)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(nèi)自主完成果實選擇性采摘作業(yè)的農(nóng)業(yè)機器人。 識別成功率 recognition success rate成功識別果實的次數(shù)與采摘機器人行走過程中視場內(nèi)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(shù)量之比。 采摘成功率 harvesting success rate實際采摘果實數(shù)量與實際采摘動作次數(shù)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(shè)于地面的導(dǎo)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(chǎn)品型號采摘機器人產(chǎn)品型號應(yīng)按照GB/T 36321編制，由產(chǎn)品類別、產(chǎn)品功能、產(chǎn)品類型、主參數(shù)和改進型號（可選）五部分組成，標(biāo)記如下圖所示。其中產(chǎn)品類別用“R”（機器人）表示，產(chǎn)品功能用“CZ”（采摘）表示，產(chǎn)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(shù)以產(chǎn)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(shù)要求 運動性能要求5.1.1 自主導(dǎo)航定位精度采摘機器人自主導(dǎo)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(yīng)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(yīng)不小于0.6 m/s。 5.1.3 轉(zhuǎn)向能力采摘機器人在地面上應(yīng)具有原地360轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)不低于2 h，續(xù)航時間內(nèi)，采摘機器人應(yīng)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(yīng)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(yīng)不小于85%。 5.2.2 采摘成功率采摘機器人應(yīng)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(yīng)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(yīng)不大于20 s。 安全性能要求采摘機器人應(yīng)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(biāo)志采摘機器人運動系統(tǒng)的底盤（除車輪、履帶外）應(yīng)有遮擋，并在車體周圍安裝探測傳感器和警報裝置，并應(yīng)在遺留風(fēng)險附近明顯位置處設(shè)置安全標(biāo)志，安全標(biāo)志應(yīng)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(yīng)能探測到車體前后方2 m以內(nèi)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(yīng)能自主恢復(fù)行走。 5.3.3 緊急停車功能采摘機器人應(yīng)在操作面板醒目位置設(shè)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(jīng)手動復(fù)位前應(yīng)不能自動恢復(fù)。 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(yīng)不小于120 m，并在全行程范圍內(nèi)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(yīng)不小于20 h。 裝配與外觀質(zhì)量5.5.1 采摘機器人裝配質(zhì)量應(yīng)滿足以下要求： 運動件應(yīng)運轉(zhuǎn)靈活，不得有卡阻、磕碰現(xiàn)象； 非運動件裝配后不得有明顯偏移、歪斜、翹曲等現(xiàn)象； 緊固件應(yīng)緊固可靠，無松動現(xiàn)象。 5.5.2 采摘機器人外觀質(zhì)量應(yīng)滿足以下要求： 零部件應(yīng)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(yīng)色澤均勻、光潔，附著牢固； 漆層厚度應(yīng)符合 JB/T 5673 的規(guī)定，漆膜附著力應(yīng)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(yīng)按GB/T 9480的規(guī)定編制，至少應(yīng)有以下內(nèi)容： 產(chǎn)品名稱、型號、主要技術(shù)參數(shù)（包括采摘機器人外形尺寸、額定速度、采摘速度等）和生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)； 有關(guān)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(yīng)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(nèi)進行。 6.1.2 試驗應(yīng)在硬

10、化路面和軌道上進行，路面應(yīng)平整、干燥、整潔；試驗路段路面坡度的最大允許值應(yīng)小于 5%。 6.1.3 在試驗路面上和軌道上分別設(shè)置測試區(qū)，測試區(qū)試驗通道長度應(yīng)不小于 30 m，寬度應(yīng)不小于1.5 m，在測試區(qū)的兩端應(yīng)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(yīng)在 040之間，相對濕度不低于 50%。 6.1.5 試驗樣機應(yīng)裝配完好，技術(shù)狀態(tài)良好，并按照產(chǎn)品說明書規(guī)定充滿電。 運動性能試驗6.2.1 自主導(dǎo)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(nèi)，預(yù)先標(biāo)定導(dǎo)航軌跡，并標(biāo)明預(yù)設(shè)點位置、始端線和終端線； b) 設(shè)定采摘機器人自主行走路線

11、、預(yù)設(shè)點位置和額定速度； c) 將采摘機器人按預(yù)設(shè)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(dǎo)航定位偏差； d) 重復(fù)試驗不少于 3 次，記錄前后、左右兩個方向上重復(fù)導(dǎo)航定位偏差測量值之和，并取平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，預(yù)先標(biāo)定導(dǎo)航軌跡，標(biāo)出始端線和終端線； b) 使采摘機器人自主導(dǎo)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(fù)試驗不少于 3 次，計算采摘機器人的平均速度，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 6.

12、2.3 轉(zhuǎn)向能力試驗按如下步驟進行： a) 在試驗場地內(nèi)，測定采摘機器人靜止?fàn)顟B(tài)質(zhì)心位置； b) 操縱采摘機器人左右驅(qū)動輪以相反方向運動，使采摘機器人原地轉(zhuǎn)向 360； c) 測量采摘機器人旋轉(zhuǎn)運動時行走的圓形軌跡的圓心與采摘機器人的質(zhì)心之間的距離； d) 重復(fù)試驗不少于 3 次，取平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(shù)平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)量應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(shù)量； c) 計算采摘機器人實際識別果實個數(shù)與應(yīng)識別果實個數(shù)之比； d) 采摘機器人一次行走完成場景中全部識別任務(wù)為 1 次試驗，取 3 次試驗的算術(shù)平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)備參考 6.3.1； b) 使采摘機器人在模擬場景內(nèi)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(tǒng)計采摘機器人收集藍中實際采摘果實個數(shù)與執(zhí)行采摘動作次數(shù)； e) 采摘機器人一次行走完成場景中全部采摘任務(wù)為 1 次試驗，分別統(tǒng)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(shù)平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(shè)置障礙物（高500 mm寬200 mm），使采摘機器人按照預(yù)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(fù)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(yù)先標(biāo)志的地點按下急停按鈕后，采摘機器人緊急停車，測試從標(biāo)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(nèi)，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(nèi)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(shù)平均值，判斷試驗結(jié)果是否符合本標(biāo)準(zhǔn)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(shù)； 試驗期間發(fā)生首次故障的采摘機器人臺數(shù)； 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(jié)束時，未發(fā)生故障的采摘機器人累計工作時間，即50 h。當(dāng) = 0時，規(guī)定 。 裝配與外觀質(zhì)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(nèi)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(yīng)經(jīng)制造廠質(zhì)量檢驗部門檢驗，并附有產(chǎn)品質(zhì)量合格證方準(zhǔn)出廠。 7.1.2 采摘機器人出廠前應(yīng)全部進行出廠檢驗，檢驗項目見表 1，全部檢驗項目均應(yīng)合格。 型式檢驗7.2.1 有下列情況下之一時，應(yīng)進行型式檢驗： 新產(chǎn)品定型鑒定或產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)； 正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)，工藝，材料有較大的改變，可能影響產(chǎn)品性能； 工裝、模具的磨損可能影響產(chǎn)品性能； 成批生產(chǎn)的采摘機器人應(yīng)定期抽檢，至少每年一次，每一次不少于 2 臺； 出廠檢驗結(jié)果與上次型式試驗有

19、較大差異時； 產(chǎn)品長期停產(chǎn)后，恢復(fù)生產(chǎn)時； 質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行型式檢驗要求時。 7.2.2 型式檢驗的樣機應(yīng)從出廠檢驗合格的產(chǎn)品中隨機抽取，數(shù)量不少于 2 臺，抽樣基數(shù)不少于 5 臺。 7.2.3 型式檢驗項目按表 1 規(guī)定，按其對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度，分為 A、B、C 三類。A 類為對產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響的項目，B 類為對產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響的項目，C 類為對產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)量限 AQL、接收數(shù) Ac、拒收數(shù) Re 均按計點法（即不合格項次數(shù)）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(shù) Ac 時，判定該產(chǎn)品合格；若不合格項次大于拒收數(shù) Re 時，判定該產(chǎn)品不合格。 表1 檢驗項目分類項目分類 檢驗項目 對應(yīng)條款 出廠檢驗 型式檢驗 類 項 A 1 警報裝置與安全標(biāo)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.