Las mediciones frecuentes de los fenotipos de las plantas permiten monitorear el estado de las plantas durante la temporada de crecimiento. El diámetro del tallo es un importante indicador de la biomasa y salud general de la planta. Sin embargo, la medición manual del diámetro del tallo en las plantas consume mucho tiempo, es propensa a errores y laboriosa. El uso de robots agrícolas para recopilar automáticamente datos fenotípicos de las plantas para mediciones de rasgos puede superar muchas de las desventajas de la fenotipificación manual. El objetivo de esta investigación fue desarrollar un sistema robótico que pueda detectar y agarrar automáticamente el tallo, y medir su diámetro en plantas de maíz y sorgo. El sistema robótico consta de un manipulador robótico de cuatro grados de libertad, una cámara de tiempo de vuelo para el sistema de visión y un sensor de potenciómetro lineal para medir el diámetro del tallo. Se utilizaron aprendizaje profundo y procesamiento de imágenes convencional para detectar el tallo en las imágenes y encontrar el punto de agarre del tallo, respectivamente. Se realizó un experimento en un invernadero utilizando plantas de maíz y sorgo para evaluar el rendimiento del sistema robótico. El sistema demostró un agarre exitoso del tallo y una alta correlación entre las mediciones manuales y robóticas del diámetro, lo que demuestra su capacidad para ser utilizado como un prototipo para integrar otros sensores para medir diferentes atributos fisiológicos y químicos del tallo.