葡萄甘甜解渴、营养价值丰富,在食品医疗保健方面作用明显,是我国分布最为广泛的果树树种之一。国内外以手工为主的葡萄收获采摘方式,面临乡镇务农劳动力人口不断减少的直接影响,同时人工采摘效率低下、工作量大等。但是针对特定栽培模式的葡萄采摘作业,目前国内葡萄采摘机器人的研究尚缺乏完整、系统的解决方案。因此,面向手眼协调技术的研究内容对实现葡萄采摘机器人完全自主作业具有非常重要的科学研究意义。本文主要研究内容如下:首先,介绍了篱架式食用葡萄种植园栽培模式,以及与之配套的采摘机器人总体结构设计方案,并构建了远-近景组合的视觉识别定位系统。将双目视觉系统应用于果园图像采集,配合采摘场景制定了多图像组合的云台协调运动策略。在HSV颜色空间H分量分别进行中值滤波、限定阈值的自动分割、形态学操作、可执行区域标记、提取目标质心等,完成对葡萄的识别和特征提取。研究了近景果梗识别与定位技术,根据葡萄垂直悬挂生长特性,建立了果梗切割点计算模型。在选取的果梗感兴趣区域内分别进行边缘检测和累计概率霍夫变换,基于角度约束和葡萄质心到果梗所在直线距离最小规律筛选果梗边缘直线段,提取线段中点作为果梗切割点,根据近景定位信息和果穗赤道圆深度点云数据计算末端位姿。然后,对基于LabVIEW的相机标定、立体匹配和三维恢复的流程进行研究,将视觉系统获取到的葡萄图像坐标转化为双目相机坐标系中的空间三维坐标。建立机器人坐标系统,在此基础上分析从相机坐标系到机械臂坐标系坐标转换的过程,采用手眼标定求解云台坐标系与机械臂坐标系、手眼坐标系与末端执行器坐标系之间的齐次变换矩阵。利用逆推变换法运动学逆解方程和直线轨迹路径规划将坐标信息转化为机械臂各关节运动控制指令。最后,基于LabVIEW完成了测控系统软件的开发,包括:远景葡萄识别定位的双目视觉系统程序、云台运动控制程序、近景果梗识别定位程序和试验系统主控程序。基于自主设计的葡萄采摘机器人试验系统,验证了近景果梗识别定位算法的可靠性,实现了晴天顺光92%、晴天逆光82%和阴天光照86%的成功率。对双目相机和实感相机组成的远-近景立体视觉系统进行了定位稳定性对比分析试验,证明了双目视觉系统远景葡萄检测和实感相机视觉系统近景果梗识别的远-近组合搭配的合理性,同时空间定位试验验证了两套立体视觉系统满足果实空间定位的测量精度要求。采摘葡萄的手眼协调技术综合测试试验结果表明,试验系统在满足精确控制要求下能够顺利完成完整的采摘动作,单次平均耗时53.4s。