TCAMA 51-2021 连栋温室 茄果类果蔬采摘机器人.pdf

ICS 65.060.70 CCS B 91 团 体 标 准 T/CAMA 512021 连栋温室 茄果类果蔬采摘机器人 Multi-span greenhouse harvesting robot for solanaceous fruit 2021-12-29 发布 2022-03-01 实施 中国农业机械化协会 发 布 全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 I 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由中国农业机械化协会提出并归口。本文件起草单位：苏州博田自动化技术有限公司、中国农业大学、苏州大学、国家农业信息化工程技术研究中心、农业农村部规划设计研究院。本文件主要起草人：王蓬勃、袁挺、李伟、耿长兴、冯青春、丁小明。全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 1 连栋温室 茄果类果蔬采摘机器人 1 范围 本文件规定了在连栋温室内从事茄果类果蔬选择性收获作业的采摘机器人（以下简称“采摘机器人”）的术语和定义、产品型号、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输与贮存。本文件适用于农业生产用连栋温室内从事果实选择性采收作业的采摘机器人的设计、研发、生产和测试。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 9480 农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械 使用说明书编写规则 GB 10396 农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械 安全标志和危险图形 总则 GB/T 20721 自动导引车 通用技术条件 GB/T 36239 特种机器人 术语 GB/T 36321 特种机器人 分类、符号、标志 JB/T 5673 农林拖拉机及机具涂漆 通用技术条件 JB/T 6712 拖拉机外观质量要求 JB/T 9832.2 农用拖拉机及机具 漆膜 附着性能测定方法 压切法 3 术语和定义 GB/T 36239界定的以及下列术语和定义适用于本文件。采摘机器人 harvesting robot 由电动底盘、轻型协作机械臂、视觉装置和收集装置等组成，通过软件操控能够在连栋温室内自主完成果实选择性采摘作业的农业机器人。识别成功率 recognition success rate 成功识别果实的次数与采摘机器人行走过程中视场内所有理论可以识别（满足成熟度要求和无遮挡要求）的果实数量之比。采摘成功率 harvesting success rate 实际采摘果实数量与实际采摘动作次数之比。采摘速度 harvesting cycle time 完成一次采摘所用的时间，具体是指采摘机器人识别到果实后，从机械臂开始执行到采摘、投放果篮，这一系列动作所用的时间。轨道 tube rail 由两根相同直径管道组成的铺设于地面的导轨装置，两根管道之间宽度固定，通常用于加热和各类移动车辆行走。全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 2 4 产品型号 采摘机器人产品型号应按照GB/T 36321编制，由产品类别、产品功能、产品类型、主参数和改进型号（可选）五部分组成，标记如下图所示。其中产品类别用“R”（机器人）表示，产品功能用“CZ”（采摘）表示，产品类型包括履带式（代号：LD）、轮式（代号：LS）、轨道式（代号：GD），主参数以产品机械臂额定负载重量表示，改进代号可选。示例：RCZLD-5 表示履带式采摘机器人，机械臂额定负载为 5kg。5 技术要求 运动性能要求 5.1.1 自主导航定位精度 采摘机器人自主导航定位精度不大于50 mm。5.1.2 额定速度 采摘机器人在水平地面以额定负载运行的额定速度应不小于1.0 m/s，在温室种植区轨道上运行的额定速度应不小于0.6 m/s。5.1.3 转向能力 采摘机器人在地面上应具有原地360转向能力。5.1.4 制动性能 采摘机器人在额定速度和额定负载条件下，制动距离应不大于0.5 m。5.1.5 续航能力 采摘机器人电池充电一次充满后满负载续航能力应不低于2 h，续航时间内，采摘机器人应能稳定可靠工作。作业性能要求 5.2.1 识别成功率 采摘机器人应对工作运行过程中采集到的图像实时处理，识别到成熟果实，识别成功率应不小于85%。5.2.2 采摘成功率 采摘机器人应对识别到的果实进行空间定位、抓取、切割、投放果篮动作，完成采摘动作，采摘成功率应不小于60%。5.2.3 采摘速度 采摘机器人采摘一串或一个果实的时间应不大于20 s。全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 3 安全性能要求 采摘机器人应满足GB/T 20721安全要求，并满足以下要求：5.3.1 警报装置与安全标志 采摘机器人运动系统的底盘（除车轮、履带外）应有遮挡，并在车体周围安装探测传感器和警报装置，并应在遗留风险附近明显位置处设置安全标志，安全标志应符合GB 10396的规定。5.3.2 防碰撞功能 采摘机器人工作时，车体周围的探测传感器应能探测到车体前后方2 m以内障碍物后自动停车报警，障碍物尺寸不小于500 mm（高）200 mm（宽），障碍物移除后应能自主恢复行走。5.3.3 紧急停车功能 采摘机器人应在操作面板醒目位置设置急停按钮，并优先于采摘机器人其他所有功能。急停按钮未经手动复位前应不能自动恢复。5.3.4 遥控距离 采摘机器人遥控器遥控距离在正常工作条件下应不小于120 m，并在全行程范围内控制有效。可靠性 采摘机器人首次故障（轻微故障除外）前平均工作时间应不小于20 h。装配与外观质量 5.5.1 采摘机器人装配质量应满足以下要求：运动件应运转灵活，不得有卡阻、磕碰现象；非运动件装配后不得有明显偏移、歪斜、翘曲等现象；紧固件应紧固可靠，无松动现象。5.5.2 采摘机器人外观质量应满足以下要求：零部件应无明显伤痕、锈渍、油污及可能引起伤害的锐边、毛刺等缺陷；零件表面应色泽均匀、光洁，附着牢固；漆层厚度应符合 JB/T 5673 的规定，漆膜附着力应不低于 JB/T 9832.2 中规定的级。使用说明书 采摘机器人的使用说明书应按GB/T 9480的规定编制，至少应有以下内容：产品名称、型号、主要技术参数（包括采摘机器人外形尺寸、额定速度、采摘速度等）和生产执行标准；有关安全使用的要求和安全警示说明；操作、检修和维护保养的信息；制造厂名称、地址及电话。6 试验方法 试验条件 6.1.1 试验场地应选择适合采摘机器人作业的连栋温室，或选择具备试验条件的室内进行。6.1.2 试验应在硬化路面和轨道上进行，路面应平整、干燥、整洁；试验路段路面坡度的最大允许值应小于 5%。6.1.3 在试验路面上和轨道上分别设置测试区，测试区试验通道长度应不小于 30 m，宽度应不小于 1.5 m，在测试区的两端应有足够长的助行区域和保证安全停车的辅助区域，并能够双向行驶。6.1.4 试验环境气温应在 040之间，相对湿度不低于 50%。全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 4 6.1.5 试验样机应装配完好，技术状态良好，并按照产品说明书规定充满电。运动性能试验 6.2.1 自主导航定位精度试验按如下步骤进行试验：a)在试验路面测试区域内，预先标定导航轨迹，并标明预设点位置、始端线和终端线；b)设定采摘机器人自主行走路线、预设点位置和额定速度；c)将采摘机器人按预设路线行走，观察并记录采摘机器人的自主行走路线，并测量采摘机器人的自主导航定位偏差；d)重复试验不少于 3 次，记录前后、左右两个方向上重复导航定位偏差测量值之和，并取平均值，判断试验结果是否符合本标准规定。6.2.2 额定速度试验按如下步骤进行：a)分别在试验路面和轨道测试区域内，预先标定导航轨迹，标出始端线和终端线；b)使采摘机器人自主导航行驶，保持额定速度驶过始端线和终端线，记录采摘机器人驶过始端线和终端线的时间差，计算行走速度；c)重复试验不少于 3 次，计算采摘机器人的平均速度，判断试验结果是否符合本标准的规定。6.2.3 转向能力试验按如下步骤进行：a)在试验场地内，测定采摘机器人静止状态质心位置；b)操纵采摘机器人左右驱动轮以相反方向运动，使采摘机器人原地转向 360；c)测量采摘机器人旋转运动时行走的圆形轨迹的圆心与采摘机器人的质心之间的距离；d)重复试验不少于 3 次，取平均值，判断试验结果是否符合本标准的规定。6.2.4 制动性能试验按如下步骤进行：a)在平整的试验地面上画上停止线；b)使采摘机器人以额定速度在满载条件下运行至停止线时立即停车；c)测量采摘机器人超出停止线部分的行驶距离；d)取 3 次试验的算术平均值，判断试验结果是否符合本标准的规定。6.2.5 续航能力试验按如下步骤进行：a)试验地面上画出长为 30 m 的测试区间，在测试区间内采用在仿真作物枝叶或藤蔓上悬挂真实果实来模拟实际作业场景，确保悬挂的果实均在采摘机器人视觉视场内可见无遮挡，且符合作物实际生长状况；b)使采摘机器人在测试区间内以最大作业速度连续往返进行采摘作业；c)直至采摘机器人发出电量不足报警信号，记录采摘机器人连续作业时间为续航，判断是否达到续航时间要求。作业性能试验 6.3.1 识别成功率试验按如下步骤进行：a)试验地面上画出长为 30 m 的测试区间，在测试区间内采用在仿真作物枝叶或藤蔓上悬挂真实果实来模拟实际作业场景，果实数量应不低于 30 个，确保悬挂的果实均在采摘机器人视觉视场内可见无遮挡，且符合作物实际生长状况；b)使采摘机器人在模拟场景内以最大作业速度自主行走，采摘机器人自主识别果实，并记录识别数量；c)计算采摘机器人实际识别果实个数与应识别果实个数之比；d)采摘机器人一次行走完成场景中全部识别任务为 1 次试验，取 3 次试验的算术平均值，判断试验结果是否符合本标准的规定。6.3.2 采摘成功率和采摘速度试验按如下步骤进行：a)试验准备参考 6.3.1；b)使采摘机器人在模拟场景内以最大作业速度自主行走，采摘机器人自主识别果实并完成全部采摘流程；c)记录采摘机器人每一次采摘过程中从机械臂开始执行到果实投放入果篮为止所用时间；全国团体标准信息平台T/CAMA 512021 5 d)统计采摘机器人收集蓝中实际采摘果实个数与执行采摘动作次数；e)采摘机器人一次行走完成场景中全部采摘任务为 1 次试验，分别统计采摘机器人的采摘速度和采摘成功率；f)取 3 次试验的算术平均值，判断试验结果是否符合本标准的规定。安全性能试验 6.4.1 警报装置性能试验 警报装置性能是在正常作业状态下，确认下列各种警报装置工作性能：自动运行指示灯；启动报警；运动报警；异常报警。6.4.2 防碰撞功能试验 在采摘机器人的运行路线上设置障碍物（高500 mm宽200 mm），使采摘机器人按照预定路线行走，观察采摘机器人行走过程中遇到障碍物是否停止，将障碍物移除后，观察采摘机器人是否自主恢复行走。6.4.3 紧急停车性能试验 紧急停车性能测试是以规定速度自主运行的采摘机器人在直线轨迹上预先标志的地点按下急停按钮后，采摘机器人紧急停车，测试从标志位置到停车位置的距离。6.4.4 遥控距离试验 在测试场地内，用遥控器操纵采摘机器人启动、行走和停止，检查遥控器在采摘机器人作业全过程内控制的灵敏、有效性，不断增大遥控器与采摘机器人之间的距离，直至操纵无效，记录遥控距离。至少取3次试验的算术平均值，判断试验结果是否符合本标准的规定。可靠性试验 在正常作业状况下考核采摘机器人累计工作时间为50 h，测定采摘机器人发生首次故障（轻微故障除外）前的平均工作时间。按公式（1）计算采摘机器人首次故障前平均工作时间。=1+1=1()(1)式中：首次故障前平均工作时间，单位为小时（h）；试验采摘机器人台数；试验期间发生首次故障的采摘机器人台数；第台采摘机器人发生首次故障时的累计工作时间，单位为小时（h）；实验结束时，未发生故障的采摘机器人累计工作时