新型苹果采摘机器人的设计与试验 被引量：23

1

作者 伍锡如 黄国明 +1 位作者 刘金霞 徐波 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第9期71-79,共9页

农业机器人是未来农业自动化发展的重要趋势。苹果采摘机器人作为一种典型的农业机器人,却一直难以实现,其主要受限于苹果空间分布的不规律性,以及存在视觉定位及采摘方式等技术难题。基于此,研制了一款新型苹果自动采摘机器人,由四轮... 农业机器人是未来农业自动化发展的重要趋势。苹果采摘机器人作为一种典型的农业机器人,却一直难以实现,其主要受限于苹果空间分布的不规律性,以及存在视觉定位及采摘方式等技术难题。基于此,研制了一款新型苹果自动采摘机器人,由四轮驱动移动平台、双目视觉系统、机械臂及采摘手组成。新提出一整套设计方案,区别于多数针对局部的研究和仿真测试。介绍了整体方案的规划、移动平台的设计、双目视觉系统的工作原理以及机械臂的运动规划原理。样机测试识别正确率达到90.08%,采摘成功率为91.31%,平均采摘周期约为29 s,系统整体性能表现优越。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 四轮驱动 双目视觉 图像处理 机械臂

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基于迭代学习PID算法的苹果采摘机器人设计 被引量：15

2

作者 陈明霞 张寒 +1 位作者 王晓文 李徐勇 《农机化研究》 北大核心 2020年第6期83-86,129,共5页

为了提高采摘机器人机械手控制系统的精准性和采摘机器人的移动效率,设计出基于迭代学习PID算法的苹果采摘机器人。借助MatLab软件平台进行模型搭建及控制系统仿真测试,实验室条件下进行硬件结构设计,并完成采摘过程测试、路径规划避障... 为了提高采摘机器人机械手控制系统的精准性和采摘机器人的移动效率,设计出基于迭代学习PID算法的苹果采摘机器人。借助MatLab软件平台进行模型搭建及控制系统仿真测试,实验室条件下进行硬件结构设计,并完成采摘过程测试、路径规划避障测试和采摘果实破损率统计分析。实验验证表明:基于迭代学习PID算法设计的采摘机器人可准确锁定采摘目标,迅速实施稳定的采摘动作,以最佳采摘角度最大程度地保证采摘果实完整性。基于迭代学习PID算法设计的苹果采摘机器人有效提高了采摘的精度和效率,使苹果整体完好率达到98.3%以上,最大限度保证了采摘苹果的质量。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 路径规划 迭代学习 PID算法

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苹果采摘机器人末端执行器的原理及试验研究 被引量：15

3

作者 李建伟 陈艳艳 《农机化研究》 北大核心 2017年第9期139-142,共4页

随着我国水果种植不断发展,果园面积不断扩充,人工展开果实采摘工作已无法满足实际需求,果实采摘向机械化、智能化方向发展是必然趋势。目前,苹果采摘已经开始引进机械手采摘,极大地提高了采摘效率。由于苹果采摘机器人在我国并未推广,... 随着我国水果种植不断发展,果园面积不断扩充,人工展开果实采摘工作已无法满足实际需求,果实采摘向机械化、智能化方向发展是必然趋势。目前,苹果采摘已经开始引进机械手采摘,极大地提高了采摘效率。由于苹果采摘机器人在我国并未推广,相关技术环节仍旧存在一定弊端。为此,针对当前苹果采摘末端执行器结构存在的不足,结合苹果采摘工作实际需求,根据苹果采摘作业手法设计了切实可行的苹果采摘末端执行器。试验表明:苹果采摘机器人末端执行器具有可行性及良好的应用效果,为其进一步推广提供了理论基础。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 末端执行器 工作原理

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苹果采摘机器人视觉系统的目标提取研究 被引量：9

4

作者 石雪强 程新文 《农机化研究》 北大核心 2013年第10期46-48,59,共4页

研究了自然环境下的成熟苹果彩色图像,结果表明:成熟苹果颜色与背景色大都存在明显差异。从颜色空间角度来说,目标和背景分布于不同的区域。根据这一特点,提出了基于样本颜色空间的目标提取算法。首先,由苹果样本图像在L*a*b*空间中构... 研究了自然环境下的成熟苹果彩色图像,结果表明:成熟苹果颜色与背景色大都存在明显差异。从颜色空间角度来说,目标和背景分布于不同的区域。根据这一特点,提出了基于样本颜色空间的目标提取算法。首先,由苹果样本图像在L*a*b*空间中构建样本颜色空间,并用数学形态学对样本颜色空间进行优化;然后,依据样本颜色空间对苹果彩色图像进行目标识别,对于远景深小目标物和严重遮挡的目标物,在样本空间识别的基础上进行二值化,运用形态学结构元素法进行处理;最后,得到了理想的分割效果,识别率高。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 视觉系统 图像分割 样本颜色空间 二值化处理 数学形态学

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基于MiroSot系统的苹果采摘机器人路径规划研究 被引量：9

5

作者 梁硕 《农机化研究》 北大核心 2019年第8期211-214,246,共5页

针对农业机器人的一个重要类型—采摘机器人,开展了基于机器视觉的路径规划的理论分析和实际应用研究。为了解决苹果采摘机器人中路径规划难度大、最优解求解困难等问题,将MiroSot机器人路径规划系统应用于苹果采摘机器人中,结合采摘机... 针对农业机器人的一个重要类型—采摘机器人,开展了基于机器视觉的路径规划的理论分析和实际应用研究。为了解决苹果采摘机器人中路径规划难度大、最优解求解困难等问题,将MiroSot机器人路径规划系统应用于苹果采摘机器人中,结合采摘机器人作业环境特点和工作需求,采用图像处理技术,设计了具有环境感知、避障和决策能力的采摘机器人路径规划系统。MatLab实验仿真结果表明:系统可以实现无碰撞的最优路径规划,并能够根据环境变化实时进行局部路径规划,证明了系统的实时性、有效性和可行性。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 MiroSot系统 避障 路径规划 MATLAB

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基于遗传算法和阈值分割的夜间苹果识别方法 被引量：8

6

作者 王艳 祁萌 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2020年第3期220-225,233,共7页

为解决夜间场景下苹果采摘机器人分割果实与背景的问题,在分析果实自身颜色特性的基础上设计了一种基于遗传算法和阈值分割的苹果识别方法。所提出的方法分为图像采集及图像分割两个阶段。图像采集阶段,选用白炽灯照明以获取夜间图像。... 为解决夜间场景下苹果采摘机器人分割果实与背景的问题,在分析果实自身颜色特性的基础上设计了一种基于遗传算法和阈值分割的苹果识别方法。所提出的方法分为图像采集及图像分割两个阶段。图像采集阶段,选用白炽灯照明以获取夜间图像。在图像分割阶段,利用幂次变换改进R-G色差阈值分割法,引入遗传算法对最大类间方差求解进行优化,从而提高色差分割阈值法的算法效率。为验证算法性能,定义F值作为衡量果实颜色特征的指标。实验结果表明,与OTSU动态阈值分割法相比,文中的算法在识别准确率和识别速度均表现出较好的优越性,在保证准确率的基础上,识别速度更快。当F≥90%时,识别速度提高了12%;当85%≤F<90%,准确率提高了8%,识别速度提高了13%。 展开更多

关键词 夜间图像 遗传算法 图像分割 苹果采摘机器人

原文传递

智能移动苹果采摘机器人的设计及试验 被引量：8

7

作者 苏媛 杨磊 +1 位作者 宋欣 李冰 《农机化研究》 北大核心 2016年第1期159-162,共4页

以ARM9 2440处理器为核心,基于BP神经网络的机器人视觉识别和定位,研制了一种苹果采摘机器人及控制系统。首先应用Photoshop软件将图像分割为640×640像素的图片,然后在RGB颜色空间下,结合数学形态学中值滤波降噪和拉普拉斯算子边... 以ARM9 2440处理器为核心,基于BP神经网络的机器人视觉识别和定位,研制了一种苹果采摘机器人及控制系统。首先应用Photoshop软件将图像分割为640×640像素的图片,然后在RGB颜色空间下,结合数学形态学中值滤波降噪和拉普拉斯算子边缘检测的方法实现果实目标的特征提取,最终完成苹果的定位并在MatLab环境下使用robotics-toolbox工具箱编程仿真。试验结果表明:该机器人能有效识别果实并完成抓取工作,为后续的深入研究奠定了基础。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 BP神经网络 RGB颜色模型 D-H算法

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基于改进YOLO v5的苹果采摘机器人目标检测方法 被引量：4

8

作者 胡仕林 陈伟 +2 位作者 张境锋 魏庆宇 金学广 《农机化研究》 北大核心 2024年第6期48-55,共8页

为实现复杂环境中苹果采摘机器人目标快速检测,克服传统YOLO v5网络结构复杂、计算性能弱的缺点,提出了一种基于深度可分离卷积YOLO v5的采摘机器人目标检测方法。在采集苹果样本图像并制作实验数据集后,进行模型训练和测试,引入深度可... 为实现复杂环境中苹果采摘机器人目标快速检测,克服传统YOLO v5网络结构复杂、计算性能弱的缺点,提出了一种基于深度可分离卷积YOLO v5的采摘机器人目标检测方法。在采集苹果样本图像并制作实验数据集后,进行模型训练和测试,引入深度可分离卷积YOLO v5网络对苹果图像进行特征提取,解决了网络中参数冗余问题,提高了采摘机器人的识别速度;采用CIoU-Loss损失函数和DIoU-NMS非极大值抑制方法,对损失函数进行优化,提升了机器人视觉系统对苹果的定位精度。机器人采摘试验结果表明:算法检测精度达95.8%,检测速度达53帧/s,机器人单次采摘时间为4.7s,采摘成功率达93.9%。检测方法在减少模型参量的同时可保证检测精度和效率,具有较强的工程实用性。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 目标检测 YOLOv5 深度可分离卷积

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基于改进Faster R-CNN的苹果采摘视觉定位与检测方法 被引量：3

9

作者 李翠明 杨柯 +1 位作者 申涛 尚拯宇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期47-54,共8页

针对采摘机器人对场景中目标分布密集、果实相互遮挡的检测及定位能力不理想问题,提出一种引入高效通道注意力机制(ECA)和多尺度融合特征金字塔(FPN)改进Faster R-CNN果实检测及定位方法。首先,利用表达能力较强的融合FPN的残差网络ResN... 针对采摘机器人对场景中目标分布密集、果实相互遮挡的检测及定位能力不理想问题,提出一种引入高效通道注意力机制(ECA)和多尺度融合特征金字塔(FPN)改进Faster R-CNN果实检测及定位方法。首先,利用表达能力较强的融合FPN的残差网络ResNet50替换原VGG16网络,消除了网络退化问题,进而提取更加抽象和丰富的语义信息,提升模型对多尺度和小目标的检测能力;其次,引入注意力机制ECA模块,使特征提取网络聚焦特征图像的局部高效信息,减少无效目标的干扰,提升模型检测精度;最后,采用一种枝叶插图数据增强方法改进苹果数据集,解决图像数据不足问题。基于构建的数据集,使用遗传算法优化K-means++聚类生成自适应锚框,提高模型定位准确性。试验结果表明,改进模型对可抓取和不可直接抓取苹果的精度均值分别为96.16%和86.95%,平均精度均值为92.79%,较传统Faster R-CNN提升15.68个百分点;对可抓取和不可直接抓取的苹果定位精度分别为97.14%和88.93%,较传统Faster R-CNN分别提高12.53个百分点和40.49个百分点;内存占用量减少38.20%,每帧平均计算时间缩短40.7%,改进后的模型参数量小且实时性好,能够更好地应用于果实采摘机器人视觉系统。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 目标定位与检测 Faster R-CNN 注意力机制 特征金字塔

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基于负压式苹果采摘机器人末端设计及仿真 被引量：2

10

作者 张静 韩东亚 +1 位作者 宋洋 卞革 《液压气动与密封》 2024年第1期39-46,共8页

为提高苹果采摘效率,实现无损化、高效化采摘。设计出一种基于负压式末端执行器的六自由度采摘机器人,并对基于负压式设计的末端结构进行验证。后基于SD-H参数法对机器人进行正逆运动学求解,运用ADAMS仿真软件对采摘机械臂进行运动学和... 为提高苹果采摘效率,实现无损化、高效化采摘。设计出一种基于负压式末端执行器的六自由度采摘机器人,并对基于负压式设计的末端结构进行验证。后基于SD-H参数法对机器人进行正逆运动学求解,运用ADAMS仿真软件对采摘机械臂进行运动学和动力学仿真分析。对末端吸口中心点和各关节点进行监控获取末端吸口位移、速度、加速度与各关节力矩曲线。分析曲线表明:机械臂运动过程平稳无突变,采摘苹果产生冲击力对机械臂各关节影响较小,机械结构设计合理,可满足采摘工作需求,并对后续路径规划提供基础依据。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 负压式末端执行器 六自由度机械臂 运动分析

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苹果采摘机器人末端设计及运动仿真 被引量：4

11

作者 张静 杜博 +2 位作者 李昌璐 朱鹏程 韩东亚 《液压气动与密封》 2023年第6期20-25,共6页

苹果在我国农业生产中占有重要地位,不仅是最主要的经济果树之一,而且在产量、种植面积及出口量上均居世界第一。产量大、范围广、种植地形复杂、分布零散等因素造成了苹果采摘困难、不及时、损失大等一系列问题。为了实现苹果的时效化... 苹果在我国农业生产中占有重要地位,不仅是最主要的经济果树之一,而且在产量、种植面积及出口量上均居世界第一。产量大、范围广、种植地形复杂、分布零散等因素造成了苹果采摘困难、不及时、损失大等一系列问题。为了实现苹果的时效化、无损化采摘,设计一种负压式五自由度采摘机器人,基于标准型D-H参数建模方法对机器人的正、逆运动学进行求解,并利用ADAMS软件并建立机械臂的虚拟样机,通过运动学与动力学仿真分析,最终获得末端吸口的运动位移、速度、加速度及各关节角速度、驱动力矩的变化曲线。通过分析变化曲线,验证了机器人满足工作要求,结构设计合理,运动过程平稳无振荡,同时也为后续的控制系统研究奠定了基础。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 负压末端执行器装置 D-H参数建模 运动分析

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苹果采摘机器人结构设计

12

作者 聂斌 《中国农机装备》 2024年第10期58-61,共4页

苹果采摘机器人在提高采摘效率和降低劳动成本方面显示出巨大潜力。研究设计了一种高效智能的苹果采摘机器人,以解决传统人工采摘方式存在的效率低下和劳动强度大的问题。基于苹果采摘机器人机械臂的工作环境,制定了机械臂设计方案,包... 苹果采摘机器人在提高采摘效率和降低劳动成本方面显示出巨大潜力。研究设计了一种高效智能的苹果采摘机器人,以解决传统人工采摘方式存在的效率低下和劳动强度大的问题。基于苹果采摘机器人机械臂的工作环境,制定了机械臂设计方案,包括总体结构、选型与设计、末端执行器、传输结构、分拣结构、动力系统及行走机构的详细设计。搭建了测试环境并进行了测试分析,结果验证了设计的有效性和实用性。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 结构设计 末端执行器 测试分析

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基于RANSAC拟合点云去噪的苹果采摘位姿构建方法

13

作者 江自真 周俊 +1 位作者 韩宏琪 王运东 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期72-81,共10页

针对果园环境下果实重叠和光照等因素带入的难滤除点云噪声,导致借助点云构建的采摘位姿精度低的问题,本文提出了一种基于随机采样一致性(Random sample consensus,RANSAC)拟合点云去噪的采摘位姿构建方法。该方法通过RANSAC拟合算法从... 针对果园环境下果实重叠和光照等因素带入的难滤除点云噪声,导致借助点云构建的采摘位姿精度低的问题,本文提出了一种基于随机采样一致性(Random sample consensus,RANSAC)拟合点云去噪的采摘位姿构建方法。该方法通过RANSAC拟合算法从预处理后的果实点云中检测出多个潜在的球体,并以与点云采集设备垂直距离最短的球体球心作为目标果实的基准设置距离阈值,以便进一步滤除目标果实点云中难滤除的点云噪声,提高目标果实的位姿构建精度。在此基础上,利用最小二乘法对去噪后的点云进行球拟合得到球心坐标,并作为目标果实的采摘位置,然后结合实例分割算法获取的二值化掩膜图像质心三维坐标,构造接近向量作为采摘姿态,完成采摘位姿的构建。重叠果实点云去噪试验表明,本文方法能够有效滤除目标果实中难滤除的点云噪声;位姿构建评估试验结果显示,在室外仿果园环境下采用提出的位姿构建方法,果实定位精度达到15.0 mm,相较于直接使用RANSAC拟合球的定位方法,定位精度最大提高28.1%,位置构建稳定性提高76.0%;果园采摘对比试验表明,采用提出的位姿构建方法定位成功率达到70.2%,相较于现有同类方法,定位成功率提高23.4%,采摘成功率提高38.4%。本文提出的方法可为复杂果园环境下的果实位姿准确构建提供参考。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 果实定位 姿态构建 点云去噪

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苹果采摘机器人移动平台及其控制系统设计 被引量：2

14

作者 孙旖彤 李明明 +2 位作者 潘肖楠 张俊 安佳乐 《科学技术创新》 2023年第6期203-206,共4页

本设计对苹果采摘机器人移动平台进行研究,通过对设计要求的明确,确定了移动平台的运动机理、解决方案、轮子类型、配置方式、驱动转向、控制程序设计,为苹果采摘机器人的设计提供参考,从而推动中国农业现代化的进程。

关键词 苹果采摘机器人 移动平台 控制系统

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基于机器视觉的苹果采摘机器人的设计与试验 被引量：2

15

作者 赵君爱 《河南科技》 2021年第20期27-29,共3页

未来农业向着自动化和智能化发展。基于机器视觉的苹果采摘机器人系统克服了苹果生长的不规律性、视觉定位及采摘方式等技术难题,提出了一套性能稳定的硬件及软件设计方案。因此,概述苹果采摘机器人的整体设计思路,介绍机器视觉系统的... 未来农业向着自动化和智能化发展。基于机器视觉的苹果采摘机器人系统克服了苹果生长的不规律性、视觉定位及采摘方式等技术难题,提出了一套性能稳定的硬件及软件设计方案。因此,概述苹果采摘机器人的整体设计思路,介绍机器视觉系统的工作原理、工作流程以及系统设计。试验结果证明,该机器人采摘表现优良。 展开更多

关键词 机器视觉 苹果采摘机器人 系统设计

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苹果的动态识别与跟踪算法研究 被引量：1

16

作者 岳有军 霍晓东 +1 位作者 王红君 赵辉 《农机化研究》 北大核心 2023年第6期41-46,共6页

由于风或其他自然原因的影响,树上的苹果容易发生摆动,增加了机器人准确采摘苹果的难度。为了准确、高效地跟踪识别苹果,在归一化互相关模板匹配的基础上,提出了一种结合SURF特征仿射变换的跟踪识别方法。首先,采用基于R-G颜色特征的大... 由于风或其他自然原因的影响,树上的苹果容易发生摆动,增加了机器人准确采摘苹果的难度。为了准确、高效地跟踪识别苹果,在归一化互相关模板匹配的基础上,提出了一种结合SURF特征仿射变换的跟踪识别方法。首先,采用基于R-G颜色特征的大津阈值法分割初始图像,识别出目标果实(即获得模板图像);其次,将模板图像与下一帧图像进行SURF特征提取匹配,剔除误匹配角点,通过仿射变换对模板进行矫正,同时预测目标位置;最后,在预测位置的1.2倍范围内,利用NCC匹配搜寻果实最佳匹配位置。测试结果表明:在没有模板校正和苹果位置预测的情况下,每帧运行时间分别为0.59s和5.17s,而本文方法的运行时间为0.41s,且跟踪误差减小。实验结果表明:此方法可以显著提高识别速度和效率,也可为其他振荡水果的跟踪和识别提供参考。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 动态识别与跟踪 仿射变换 模板匹配

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苹果采摘机器人系统研究——基于AI的Retinex算法

17

作者 陈超 刘瑰洁 李锋 《农机化研究》 北大核心 2023年第12期58-62,共5页

以苹果采摘机器人为研究对象,针对其视觉系统采集的苹果图像进行预处理和分割识别。首先,通过Retinex算法对图像中出现的光线偏暗、模糊等缺陷进行增强处理,并利用双边滤波算法对图像进行去噪处理;然后,根据彩色图像的RGB特征区分图像... 以苹果采摘机器人为研究对象,针对其视觉系统采集的苹果图像进行预处理和分割识别。首先,通过Retinex算法对图像中出现的光线偏暗、模糊等缺陷进行增强处理,并利用双边滤波算法对图像进行去噪处理;然后,根据彩色图像的RGB特征区分图像中的苹果和树叶等,并采取Canny边缘检测算法描绘苹果边缘信息,以最小圆包裹目标法识别苹果的半径和坐标;最后,为了验证该方法的可行性,对工业相机采集的50张红富士苹果图像进行测试。结果表明:系统对图像识别的正确率为86%,对苹果识别的正确率为92.8%。 展开更多

关键词 苹果采摘机器人 视觉系统 图像预处理 图像分割识别 RETINEX算法

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基于云计算技术的苹果采摘机器人系统 被引量：8

18

作者 石建华 《农机化研究》 北大核心 2017年第7期180-183,共4页

近年来,我国水果产业迎来快速发展期,苹果种植面积日益扩大,年产量明显增加,促使我国成为世界上最大的水果生产国家。水果进行种植过程中,成熟的水果采摘操作时必须消耗大量的时间和劳动力。由于进城务工人员日益增多,农村劳动力人口不... 近年来,我国水果产业迎来快速发展期,苹果种植面积日益扩大,年产量明显增加,促使我国成为世界上最大的水果生产国家。水果进行种植过程中,成熟的水果采摘操作时必须消耗大量的时间和劳动力。由于进城务工人员日益增多,农村劳动力人口不断减少,此时劳动力成本有一定程度的增长,果农日常经营的成本也有所增加,因此智能采摘机器人顺势而生。为此,针对水果采摘机械研究的不足之处,提出了基于云计算的苹果采摘机器人系统,在机器人处于作业状态下设计了苹果采摘机器人软、硬件设计情况。为验证苹果采摘机器人的采摘效果,在果园中对其采摘性能展开试验,试验结果表明:所设计的采摘机器人运用视觉技术,能很好地克服气候环境等因素的影响,采摘作业中性能稳定,采摘效率高,值得在苹果生产地推广使用。 展开更多

关键词 云计算技术 苹果机器人采摘系统 硬件 软件设计

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