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作品名称：“切块小能手”——马铃薯种薯智能切块装置
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：农工之星队
参赛学生：张庆典刘星宇徐兴彬
指导老师：王相友

详细说明

本产品名为“马铃薯种薯智能切块装置”他解决了在马铃薯种薯切块时依靠人工、劳动强度大、效率低、成本高的问题。为了解决此类劳动密集型问题，本次产品根据人为切块时边看边切的先验知识，发明设计了一种先看马铃薯芽眼，再由并联机械臂执行切块动作的马铃薯种薯智能切块机。该马铃薯种薯智能切块机由检测平台和切块平台组成，检测平台采用深度学习方法，对芽眼特征和芽眼位置进行识别；切块平台首先通过检测平台获取的信息，由计算机决策出合适的切块分割面，然后使用3自由度的Delta并联机械臂精准定位至切块位置，再利用机械臂末端的步进电机和减速器控制执行切块动作，完成一次马铃薯种薯切块工作。最终由输送机将切好的薯块输送至入库箱中。

目前研究马铃薯种薯切块技术的方式主要有两种，一种是使用机械式的结构直接对马铃薯种薯进行切块；另一种是基于机器视觉通过检测马铃薯种薯芽眼的方式完成切块工作。针对目前马铃薯种薯切块机械无法识别芽眼以及切刀无法自动避开芽眼等问题，综合运用深度学习方法和计算机控制技术，对种薯芽眼检测和自动切块方法开展研究。本产品研究的主要内容分别为利用轻量型卷积网络识别马铃薯种薯芽眼特征、位置信息；利用上一步采集到的芽眼信息制定出一个符合切块要求的切块机制；利用并联机械臂末端的步进电机和减速器控制执行切块动作，发挥并联机械臂结构优势，完成马铃薯种薯切割。

本产品经过多次试验结果表明，马铃薯种薯芽眼特征识别率为97.8%，芽眼坐标定位误差在1~2mm之间，并联机械臂定位误差在2~3mm之间，种薯薯块合格率为85%，切割完的薯块至少带1~2个芽眼，薯块的含芽率高，能够减少种薯的浪费，满足切块需求。本产品适用于质量在70g～240g的带有芽眼的中小型马铃薯种薯，一般质量在70 g以下的种薯可直接整薯播种，此外，马铃薯种薯智能切块机可以扩展为由多个相同单元组成的一个系统，在一个单元正常工作的情况下，整个系统可以完成各种复杂的切块任务，以满足不同形状、大小的马铃薯种薯切块需求。