一.作品简介

随着生活水平的提高，消费者对水果品质的要求日益增长。而果园铺设反光膜技术是一种提升果实品质的有效手段，因此开发一款高效、智能的苹果园反光膜平铺机显得尤为必要。

苹果园智能反光膜平铺机是一种基于机器人操作系统（ROS）的智能设备，它可以利用激光雷达进行环境感知，使用RGBD深度摄像头进行视觉识别和位置与姿态的测量，在此基础之上实现SLAM建图和自主导航以及自动避障，固定区域运行、超出区域报警等功能，同时结合双卫星定位系统，帮助机器人准确把握位置和方向信息，以实现高精度的定位和导航，同时提高自主避障能力，从而自动化地完成铺膜作业。并且该平铺机还可以利用OpenMv通过图像处理和识别算法，来监测反光膜的平铺质量，用于反光膜铺设任务结束后的日常巡检，对破损严重区域进行记录并重新铺膜。

该智能反光膜平铺机采用树莓派作为上位机，负责数据处理，控制和监控整个系统。上位机通过ROS控制基于Arduino的下位机，通过串口将命令发送到下位机Arduino中，Arduino则根据命令来负责控制平铺机的相关动作，如驱动马达、抬升铺膜机构和前置犁等，以实现对平铺机的实时精确控制，从而进行反光膜铺设任务。

此设备的实现，旨在提高苹果园反光膜平铺效率、降低人工成本和人力的投入、保证工作品质和工作安全，可应用于苹果园的反光膜铺设工作和反光膜巡检任务。可以大幅度提高果园的机械化、自动化和智能化。

二.功能介绍

（1）智能环境感知与导航：设备搭载激光雷达和RGBD深度摄像头，结合ROS机器人操作系统，实现环境感知、SLAM建图和自主导航。智能避障系统能够实时识别并规避障碍物，自动规划最佳路径。利用ATGM336H-5N模块实现高精度定位。确保反光膜铺设的准确性和一致性，提高果园管理的效率。确保设备在复杂果园环境中安全、高效地作业。

（2）自动运行功能：依据SLAM建图和定位信息，在果园中，可以通过视觉识别果树的位置，进而确定铺膜的具体位置，通过前置犁和自动铺膜机构实现自动铺膜操作。同时，还设计了超出区域报警系统，可通过APP设置工作区域，当设备运行超出预设区域时，会及时发出警报，确保设备在果园内安全、准确地运行。

（3）自动巡检功能：基于OpenMv的图像处理和识别算法，设备在铺设任务结束后，可以对反光膜的铺设质量进行检测。它能够识别铺设过程中出现的问题，如反光膜是否破损、铺设是否平整等，并对破损严重的区域进行记录。如果发现问题区域，设备可以重新进行铺膜操作，以保证反光膜的铺设质量。

（4）节能与高效能源管理：平铺机采用铅酸蓄电池供电，并集成太阳能板，通过向日葵仿生系统自动跟踪太阳，最大化太阳能采集效率。这种设计降低了设备的能源消耗，延长了续航能力，同时减少了对果园环境的影响。

三.创新点

（1）集成多传感器的智能控制系统

平铺机通过集成激光雷达、RGBD深度摄像头、IMU模块以及ATGM336H-5N多模卫星定位模块，构建了一个高精度的环境感知系统。结合ROS机器人操作系统，实现了果园内的SLAM建图、自主导航和智能避障，提高了果园作业的自动化水平。使得平铺机能够在复杂多变的果园环境中稳定运行，有效提高了作业精度和安全性。

（2）一体化机械结构与智能控制算法

平铺机采用了紧凑的一体化机械结构设计，前置犁、铺膜机构和底盘等关键部件高度集成，实现了自动升降和调整，以适应不同的作业条件。同时，通过应用PID控制算法，实现了对电机驱动系统的精确控制，保证了平铺机在不同地形下的稳定运行。实现了铺膜与巡检模式的快速转换，提高了设备的适应性和操作便捷性。

（3）全自动剪切持续铺膜一体设计

对于反光膜铺设，设备根据预先设定的铺设参数和路径规划结果，通过控制铺膜机构的置膜轴、压膜轮、翻土结构、自动剪切结构和自动续模机构等组件来实现。置膜轴放置反光膜，传送夹带动反光膜至指定位置，压膜轮将其压紧在地面上，翻土结构用于固定反光膜边缘，自动剪切结构截取合适长度的反光膜，自动续模机构保证反光膜的连续铺设。

（4）基于图像处理的反光膜质量监测

利用OpenMv视觉处理平台，结合图像识别算法，实现了对反光膜铺设质量的实时监测。该系统能够识别反光膜的破损和铺设不均匀等问题，并自动记录位置信息，为后续的维护和修补提供依据。提高了反光膜铺设的均匀性和可靠性，有助于提升果实的着色效果。

（5）环保节能的能源管理

平铺机采用铅酸蓄电池作为主要电源，并集成了太阳能板，通过向日葵仿生系统自动跟踪太阳，最大化太阳能的采集效率。这种设计不仅提高了设备的续航能力，降低了能源消耗，而且减少了对果园环境的影响，符合现代农业可持续发展的要求。