典型果蔬采摘機(jī)器人研究現(xiàn)狀與趨勢(shì).pdf

新 疆農(nóng)機(jī)化 2021 年第 6 期 修回日期 2021 06 24 基金項(xiàng)目 山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 YYJX 2019 07 山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 ZR2018MC017 山 東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目 SD2019NJ001 通訊作者 樊桂菊 doi 10 13620 ki issn1007 7782 2021 06 003 中圖分類號(hào) S225 93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 0 引言 近年來 隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 越來越多的智能 化農(nóng)業(yè)裝備正逐步被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各領(lǐng)域 其中智 能農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣和應(yīng)用尤為顯著 我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大 國 果蔬產(chǎn)業(yè)已成為我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)重要支柱和農(nóng)民收入 主要來源 果蔬產(chǎn)業(yè)是典型的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè) 在果蔬生 產(chǎn)過程中 采摘約占整個(gè)作業(yè)量的 40 1 是果蔬生產(chǎn)中 作業(yè)要求較高的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 具有季節(jié)性強(qiáng)和勞動(dòng)密集的 特點(diǎn) 但現(xiàn)階段我國果蔬采摘環(huán)節(jié)的綜合機(jī)械化水平較 低 大多數(shù)作業(yè)以人工為主 勞動(dòng)生產(chǎn)率亟需提高 同時(shí) 隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人口老齡化現(xiàn)象的日益加 重 農(nóng)村勞動(dòng)力逐年下降 果蔬采摘人工成本逐年提高 嚴(yán)重影響果蔬產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展 基于此 研究和開發(fā)果蔬 采摘收獲機(jī)器人對(duì)于提高果蔬采摘收獲質(zhì)量 降低人工 勞動(dòng)強(qiáng)度 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本和增加社會(huì)經(jīng) 濟(jì)效益具有重要意義 1 果蔬采摘特性分析 1 1 作業(yè)對(duì)象的復(fù)雜性和差異性 典型果蔬具有品種繁多 果實(shí)形狀復(fù)雜 生長發(fā)育 程度不一的特性 即使是同一品種 同一棵植株 果實(shí)的 形狀也不同 相互之間差異較大且易被枝葉遮擋 這就要 文章編號(hào) 1007 7782 2021 06 0014 05 典型果蔬采摘機(jī)器人研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 王思玉 1 牛成強(qiáng) 1 李 釗 1 史文杰 1 樊桂菊 1 2 3 1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院 山東 泰安 271018 2 山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3 山東省農(nóng)業(yè)裝備智能化工程實(shí)驗(yàn)室 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整 農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力逐漸向社會(huì)其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移 果蔬采摘人工成本逐年提高 嚴(yán)重影響果蔬產(chǎn)業(yè)的健康 發(fā)展 因此 研究和開發(fā)果蔬采摘收獲機(jī)器人對(duì)于提高果蔬采摘收獲質(zhì)量 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和增加經(jīng)濟(jì)效益具 有重要意義 本文結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)外典型果蔬采摘機(jī)器人的研究實(shí)例 對(duì)果蔬采摘機(jī)器人目前存在的一些問題進(jìn)行綜合分析 提出優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 開發(fā)智能化果實(shí)識(shí)別與定位技術(shù) 優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng) 增強(qiáng)設(shè)備通用性 降低設(shè)備操作難度及生產(chǎn)成 本等發(fā)展方向 以期為典型果蔬采摘機(jī)器人的改進(jìn)提供參考 關(guān)鍵詞 典型果蔬收獲 采摘機(jī)器人 研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì) Current Research Status and Development Trends of typical Fruit and Vegetable Harvest Robot WANG Siyu 1 NIU Chengqiang 1 LI Zhao 1 SHI Wenjie 1 FAN Guiju 1 2 3 1 College of Mechanical and Electrical Engineering Shandong Agricultural University Taian 271018 Shandong China 2 Key Laboratory of Horticultural Machinery and Equipment Shandong Province 3 Laboratory of Intelligent Agricultural Equipment Engineering Shandong Province Abstract With the adjustment ofeconomic structure the agricultural labor force isgradually transferred to other industriesin society which leadsto theshortageoflaborresources andthelaborcost ofpickingfruitsandvegetablesisincreasingyearbyyear which seriouslyaffectsthe healthydevelopment offruit and vegetable industry Therefore the research and development offruit andvegetablepickingandharvestingrobot isofgreat significanceforimprovingfruit and vegetablepickingand harvestingqual ity reducinglabor intensity improvinglabor productivityand increasingeconomic benefits In thispaper based on the research examples of typical fruit and vegetable picking robots at home and abroad at present some problems existing in the existing picking robotsare comprehensively analyzed and the development directionssuch asoptimizing mechanical structure design developingintelligent fruit recognition and positioningtechnology optimizing automatic control system enhancing equipment universality reducingequipment operation difficultyand production cost are put forward so asto provide reference for the im provement oftypicalfruit andvegetablepickingrobots Key words Typicalfruitandvegetableharvest Harvestrobot Researchstatus Developmenttrend 開發(fā)研究 14 新 疆農(nóng)機(jī)化2021 年第 6 期 求采摘機(jī)器人具有良好的識(shí)別 定位與避障系統(tǒng) 1 2 作業(yè)對(duì)象的隨機(jī)性和非結(jié)構(gòu)性 典型果蔬的果實(shí)生長位置無規(guī)律 分布比較隨機(jī) 生 長環(huán)境易受季節(jié) 天氣等自然條件影響 這就要求采摘機(jī) 器人能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的果蔬種植環(huán)境 具有高度的自 動(dòng)化和智能化 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)判斷 避免對(duì)作業(yè)對(duì)象造 成誤傷 以便其能夠更為有效地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 1 3 作業(yè)對(duì)象的脆弱性和易損傷性 典型果蔬的果實(shí)表皮組織由許多細(xì)胞組成 比較柔 軟 具有脆弱易傷的特點(diǎn) 必須仔細(xì)輕柔地對(duì)待和處理 這就要求采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器能夠與目標(biāo)果蔬柔性 接觸 盡可能避免接觸損傷 1 4 良好的可靠性和通用性 典型果蔬采摘機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象具有復(fù)雜性和差 異性 這就要求采摘機(jī)器人只需通過較為簡(jiǎn)單的改變 即 可滿足多種作業(yè)要求 具有良好的可靠性 可編程性和 通用性 例如 同一采摘機(jī)器人針對(duì)不同品種果蔬的采 摘 施肥和噴藥等作業(yè)需求 只需使用與之配套的末端 執(zhí)行器即可完成相應(yīng)作業(yè) 既能增加采摘機(jī)器人的通用 性 又能提高其有效利用率 1 5 操作對(duì)象和價(jià)格的特殊性 果蔬采摘機(jī)器人的操作者大多是未受過專業(yè)教育 的果農(nóng) 因此要求其使用方法必須簡(jiǎn)單易懂 易于操作 另外 國內(nèi)果蔬產(chǎn)業(yè)大多以個(gè)體經(jīng)營為主 研發(fā)時(shí)要考 慮成本問題 價(jià)格應(yīng)在果農(nóng)接受范圍內(nèi) 否則難以推廣 2 國內(nèi)外研究進(jìn)展 國外在果蔬采摘類機(jī)械方面的研制起步較早 從 20世紀(jì) 80年代中期開始 歐美和日本等發(fā)達(dá)國家就在 果蔬采摘機(jī)械方面開展了廣泛的研究 經(jīng)過多年的研究 與發(fā)展 國外果蔬采摘機(jī)械化程度不斷提高 試制成功 了多種自動(dòng)化程度較高的果蔬采摘機(jī)器人 如蘋果 柑橘 葡萄 草莓 茄子 番茄和黃瓜采摘機(jī)器人等 使果蔬采 摘質(zhì)量與采摘效率得到明顯提升 目前 國外果蔬采摘機(jī) 械已經(jīng)具有較高的水平 2 國內(nèi)在果蔬采摘類機(jī)械方面的研究始于 20 世紀(jì) 90 年代中期 雖與國外頂尖水平仍存在一定的差距 但 近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)信息化水平和機(jī)械化程度的不斷提 高 國內(nèi)在果蔬采摘類機(jī)械方面的研究已有較大進(jìn)步 2 1 蘋果采摘機(jī)器人 蘋果采摘機(jī)器人涉及領(lǐng)域較廣 包含機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)等 綜合性較強(qiáng) 其通 常由行走機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)械臂 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 機(jī)器視覺系統(tǒng) 和末端執(zhí)行器等組成 用來采收成熟的蘋果 3 日本北海道 大學(xué) DukeM Bulanon等 4 6 研制的采用二指夾持式末端 執(zhí)行器的蘋果采摘機(jī)器人采用 CCD攝像機(jī)和激光傳感 器進(jìn)行果實(shí)識(shí)別 采用二指夾持果梗 雖避免了末端執(zhí)行 器與果實(shí)間的接觸損傷 但對(duì)果梗較短的果實(shí)會(huì)出現(xiàn)加 持失敗 發(fā)生果實(shí)掉落現(xiàn)象 韓國慶北大學(xué) Jang等 7 8 研制 的四自由度蘋果采摘機(jī)器人具有末端執(zhí)行器夾持力可控 且工作范圍廣的特點(diǎn) 但因受自由度限制 無法繞過障礙 物摘取果實(shí) 江蘇大學(xué)趙德安等 9 11 研制的智能蘋果采摘設(shè) 備采用多種形式傳感器與 PRRRP結(jié)構(gòu)機(jī)械臂配合 使其 能夠有效避障 一定程度上提高了采摘機(jī)器人的靈活性 和適用性 但該機(jī)器人的采摘成功率還有待提高 南京農(nóng) 業(yè)大學(xué)姬長英等 12 14 設(shè)計(jì)研發(fā)的自走式智能蘋果采摘機(jī) 器人采用六自由度工業(yè)機(jī)械臂作為采摘機(jī)械臂 具有雙目 視覺系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng) 能夠完成自主導(dǎo)航 采摘及蘋果裝 箱作業(yè) 圖 1 該采摘機(jī)器人智能化及自動(dòng)化程度較高 但整機(jī)體積較大 靈活性較差 對(duì)傳統(tǒng)密植型果園的適用 性較差 圖 1 智能移動(dòng)蘋果采摘機(jī)器人 2 2 草莓采摘機(jī)器人 由于草莓的栽培模式具有多樣性 例如地面栽培模 式 高架栽培模式和壟作栽培模式等 同時(shí)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī) 模各不相同 因此其采摘裝置的差異性也較為明顯 目前 針對(duì)高架栽培模式研制的草莓采摘機(jī)械較多 而地面栽 培模式和壟作栽培模式種植的草莓因其植株距離地面 較近 使機(jī)械采摘難度增加 因此現(xiàn)有機(jī)械采摘設(shè)備較 少 西班牙 AGROBOTRobotics公司研發(fā)的基于高架栽 培的草莓采摘機(jī)器人 15 圖 2 通過多個(gè)裝有傳感器和圖 像處理單元的機(jī)械臂相互協(xié)同工作進(jìn)行采摘作業(yè) 采用 末端執(zhí)行器斷莖加持的方式收獲草莓 能夠自主識(shí)別 定 位并無損傷采摘高架栽培模式下的成熟草莓 但該機(jī)器 人是針對(duì)高架栽培模式草莓研制的 專用性較強(qiáng) 對(duì)其 他栽培模式草莓適配性較差 因此其通用性有待提高 西 北農(nóng)林科技大學(xué)張曼等針對(duì)自然條件下高架栽培模式 種植的草莓通過搭建遠(yuǎn) 近景組合視覺定位系統(tǒng) 并結(jié) 開發(fā)研究 15 新 疆農(nóng)機(jī)化 2021 年第 6 期 合 D H法建立的機(jī)械臂各連桿間的關(guān)系式 設(shè)計(jì)了一種 草莓采摘末端執(zhí)行器 既提高了采摘定位的精準(zhǔn)度 又在 一定程度上避免了對(duì)草莓造成的損傷 目前國內(nèi)外草莓 采摘機(jī)器人尚存在一些問題 一是設(shè)備普遍只適配特定 種植模式或特定品種的草莓 專用性較強(qiáng) 通用性有待 提高 二是設(shè)備整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 體積較為龐大 通過性較 差 對(duì)草莓種植密度的合理性提出更高的要求 三是草 莓的自然生長環(huán)境復(fù)雜多變且其生長位置及形狀各異 設(shè)備在識(shí)別草莓果實(shí)時(shí)易受多種因素干擾 導(dǎo)致設(shè)備定 位精準(zhǔn)度下降 出現(xiàn)漏摘或損傷果實(shí)的現(xiàn)象 圖 2 基于高架栽培的草莓采摘機(jī)器人 2 3 葡萄采摘機(jī)器人 葡萄與草莓同屬于漿果類水果 外果皮為一到數(shù)層 薄壁細(xì)胞 肉質(zhì)具有柔軟多汁的特點(diǎn) 葡萄果實(shí)形狀各異 且在不同成熟度下顏色復(fù)雜多樣 這對(duì)葡萄采摘機(jī)器人 的研究提出了更高的要求 日本岡山大學(xué) Monta等 16 針對(duì) 棚架種植模式研制出一種具有多種作業(yè)功能的葡萄采 摘裝置 采用激光掃描方式對(duì)葡萄簇進(jìn)行識(shí)別 定位及 果實(shí)成熟度判斷 該裝置配套有多種類型的末端執(zhí)行器 在葡萄整個(gè)生長周期中 可根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求對(duì)末端執(zhí) 行器進(jìn)行更換 以滿足修剪 噴藥和收獲等作業(yè)需求 針 對(duì)現(xiàn)有葡萄采摘機(jī)器人自主導(dǎo)航性能普遍較差的問題 郭素娜等 17 設(shè)計(jì)出一款利用 RSSI無線傳感器定位導(dǎo)航 的葡萄采摘機(jī)器人 該機(jī)器人采用視覺傳感器對(duì)成熟葡 萄進(jìn)行定位 通過機(jī)械臂上柔軟的執(zhí)行末端對(duì)葡萄進(jìn)行 柔性抓取 既提升了設(shè)備的自主導(dǎo)航行能力 又完成了葡 萄果實(shí)的無損采摘 歐洲研究團(tuán)隊(duì)研制的自走式葡萄園 智能管理設(shè)備借助立體視覺技術(shù)對(duì)葡萄藤及葡萄果實(shí) 的生長狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 有助于管理者準(zhǔn)確判斷葡萄 果實(shí)的成熟度 輔助人工進(jìn)行葡萄采摘作業(yè) 目前 葡萄 采摘機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用過程仍存在采摘環(huán)境復(fù)雜 果 實(shí)識(shí)別率低 果實(shí)損傷率高 采摘周期長 設(shè)備制造維修 成本高等難點(diǎn)與制約因素 未來將在智能化 開放性 結(jié) 構(gòu)優(yōu)化等方面進(jìn)一步提高 2 4 番茄采摘機(jī)器人 國外對(duì)番茄采摘機(jī)器人的研究已經(jīng)有很多年的歷 史 并取得了一定的研究成果 90年代初 日本研制出一 款具有自主導(dǎo)航功能的七自由度番茄采摘機(jī)器人 該機(jī) 器人采摘系統(tǒng)由關(guān)節(jié)型機(jī)械臂和末端執(zhí)行器兩部分組 成 其中末端執(zhí)行器安裝有橡膠墊和壓力傳感器 可以 有效降低果實(shí)的接觸損傷 2004年 美國加利福尼亞機(jī)械 公司推出的全自動(dòng)番茄收獲機(jī)可將番茄蔓藤切割后送 入分選倉 利用光譜特征識(shí)別出成熟番茄果實(shí) 從而將 成熟番茄和未成熟番茄分開 并將番茄枝葉粉碎 18 2008 年 日本岡山大學(xué)田充司等研發(fā)出一款鋼軌行走式番茄 采摘機(jī)器人 在進(jìn)行番茄采摘作業(yè)時(shí) 該機(jī)器人行走在預(yù) 設(shè)鋼軌上 同時(shí)利用視覺系統(tǒng)對(duì)番茄果實(shí)進(jìn)行探測(cè) 若發(fā) 現(xiàn)成熟果實(shí) 則控制系統(tǒng)控制四指型末端執(zhí)行器采摘目 標(biāo)果實(shí) 由于該機(jī)器人工作時(shí)需要預(yù)設(shè)軌道 因此增加了 管理者成本的投入 此外還要求具有合理的種植模式 因 此 該機(jī)器人存在對(duì)傳統(tǒng)密植型的番茄種植模式適配性 較差和使用成本較高的問題 2017年北京工業(yè)大學(xué)王麗 麗等針對(duì)棚架式種植園作業(yè)環(huán)境 以成熟番茄為采摘對(duì) 象 研制出一款自走式多功能智能番茄采摘機(jī)器人系統(tǒng) 該機(jī)器人采用四輪結(jié)構(gòu)型式的行走機(jī)構(gòu) 既能用于溫室 種植環(huán)境 也能用于開放的田間種植環(huán)境 具有通用性 強(qiáng)的特點(diǎn) 該機(jī)器人采用四自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械臂 通過 更換不同末端執(zhí)行器即可采摘其他果蔬 提高了設(shè)備的 通用性 具有操作靈活 控制方便的特點(diǎn) 目前 對(duì)番茄 采摘機(jī)器人的研究雖然已在圖像識(shí)別與定位 自主導(dǎo)航 等方面取得階段性進(jìn)展 但從整體上來看 其智能化程 度還未達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求 此外 還存在機(jī)器人行走 底盤通用性差 采摘機(jī)械臂成本高 體積大 控制較復(fù)雜 以及現(xiàn)有生產(chǎn)模式規(guī)范性不足的問題 為適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng) 田環(huán)境并最終實(shí)現(xiàn)高效無損采摘 番茄采摘機(jī)器人的實(shí) 用性亟需提高 2 5 黃瓜采摘機(jī)器人 黃瓜是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要作物之一 收獲過程枯 燥 繁重 為減輕工人勞動(dòng)負(fù)擔(dān) 提高采摘效率 開展對(duì) 黃瓜采收作業(yè)機(jī)器人的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義 然而 黃瓜果實(shí)成熟度難以簡(jiǎn)單地通過顏色信息進(jìn)行判 斷 黃瓜果實(shí)具有脆嫩和分布隨機(jī)的特點(diǎn) 因此存在因 黃瓜果實(shí)與植株顏色相近而難以識(shí)別的情況 進(jìn)而導(dǎo)致 采摘成功率下降 因此 近色系果實(shí)目標(biāo)識(shí)別與柔性抓取 成為黃瓜采收作業(yè)機(jī)械亟需解決的難點(diǎn)問題之一 日本的 Kondo等 19 20 研制的黃瓜采收裝置采用六自由度機(jī)械臂構(gòu) 開發(fā)研究 16 新 疆農(nóng)機(jī)化2021 年第 6 期 成執(zhí)行機(jī)構(gòu) 采用 CCD攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像信息 利用反 射光原理區(qū)分出黃瓜和莖葉 采摘成功率受顏色和形狀 的影響較大 約為 60 為提高采摘成功率和作業(yè)速度 需對(duì)黃瓜采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 路徑規(guī)劃方法 采摘方式 等方面進(jìn)行改進(jìn) 荷蘭的 VanHenten等 21 22 研發(fā)的智能 溫室軌道黃瓜采收機(jī)器人可在溫室預(yù)設(shè)的軌道上實(shí)現(xiàn) 整機(jī)的移動(dòng) 在末端執(zhí)行器將黃瓜果實(shí)夾緊后 采用高 壓電極將果梗切斷的方式進(jìn)行黃瓜采收作業(yè) 采摘成功 率約為 80 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的張帆等 23 針對(duì)黃瓜采摘環(huán) 境光照復(fù)雜多變和近色系果實(shí)識(shí)別問題 提出基于光譜 圖像的近色系黃瓜識(shí)別方法 設(shè)計(jì)了一種溫室黃瓜采摘 機(jī)器人系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一種適用于溫室非結(jié)構(gòu)環(huán)境下黃 瓜采收的自動(dòng)化系統(tǒng) 通過結(jié)合多傳感器技術(shù) 使機(jī)器 人具備了自主導(dǎo)航 果實(shí)成熟度判斷和自主采摘等功 能 目前 雖然大部分的黃瓜采收作業(yè)機(jī)械已具備最基 本的采摘作業(yè)功能 但在一些方面仍存在著明顯不足 需 要加以優(yōu)化與改進(jìn) 3 采摘機(jī)器人存在的問題 目前 各國對(duì)果蔬采摘機(jī)器人都進(jìn)行了大量的研究并 且取得了一定的成果 但大部分果蔬采摘機(jī)器人還處于研 究階段 離實(shí)用化和商品化還有一定的距離 仍存在以下 問題 1 末端執(zhí)行器采摘準(zhǔn)確率有待提高 在采摘過程中 機(jī)器人視覺系統(tǒng)對(duì)果蔬的識(shí)別 定位及機(jī)械臂的路徑規(guī)劃 存在誤差 導(dǎo)致果實(shí)的采摘成功率下降 2 采摘設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性較差 在自然環(huán)境下生長 的果實(shí)易被葉片遮掩 導(dǎo)致采摘設(shè)備的視覺系統(tǒng)對(duì)果實(shí)識(shí) 別較為困難 此外 復(fù)雜的環(huán)境使采摘設(shè)備的避障性能面 臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 3 采摘對(duì)象損傷率較高 在采摘過程中 機(jī)器人末 端執(zhí)行器夾持果實(shí)時(shí)易對(duì)其造成表面劃傷及內(nèi)部擠壓變 形 或者抓取不穩(wěn)導(dǎo)致其脫落造成損傷 4 平均采摘周期較長 采摘效率不夠高 機(jī)器人工作 環(huán)境復(fù)雜 視覺系統(tǒng)對(duì)果實(shí)識(shí)別及定位率較低 另外 自然 條件多變也增加了圖像處理的難度 5 機(jī)器人通用性較差 現(xiàn)有機(jī)器人多數(shù)是針對(duì)某種 特定果蔬而研制的 不同種類果蔬之間不能通用 專用性 較強(qiáng) 但通用性較差 6 機(jī)器人制造成本及維修費(fèi)用較高 果蔬采摘機(jī)器 人不同于工業(yè)機(jī)器人 其作業(yè)環(huán)境更為復(fù)雜 作業(yè)要求更 高 制造成本更高且使用周期較短 使用季節(jié)性較強(qiáng) 維 護(hù)費(fèi)用較高 經(jīng)濟(jì)性較差 4 未來發(fā)展趨勢(shì) 1 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu) 研發(fā)適用于典型果蔬采摘的執(zhí)行 器 傳感器 材料和軟體機(jī)械 降低采摘過程中的果蔬損 傷 提高末端執(zhí)行器的靈巧性和柔順性 2 開發(fā)智能化的果實(shí)識(shí)別與定位技術(shù)以及圖像處 理算法 降低復(fù)雜環(huán)境對(duì)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的干擾 提高 果實(shí)識(shí)別與定位的準(zhǔn)確性和快速性 3 優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng) 研發(fā)自適應(yīng)強(qiáng) 魯棒性好和 路徑算法最優(yōu)的智能化自動(dòng)控制系統(tǒng) 提高采摘機(jī)器人 的可靠性和采摘效率 4 增強(qiáng)設(shè)備的通用性 開發(fā)適用于形狀相近果蔬采 摘的末端執(zhí)行器 采用開放式的控制系統(tǒng) 研制可采摘 多種果蔬的采摘機(jī)器人 增強(qiáng)設(shè)備的通用性 提高設(shè)備利 用效率 5 降低設(shè)備操作難度及生產(chǎn)成本 設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單方 便 經(jīng)濟(jì)性好 制造和維修費(fèi)用較低的設(shè)備 5 結(jié)論 隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整 農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力逐漸向社會(huì)其他產(chǎn) 業(yè)轉(zhuǎn)移 導(dǎo)致勞動(dòng)力資源日趨緊張 果蔬采摘機(jī)器人正越 來越多地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)采摘中 但果蔬品種多樣 農(nóng)藝不一 采摘收獲環(huán)節(jié)較為復(fù)雜 目前典型果蔬采摘機(jī)器人大多專 用性較強(qiáng) 但通用性較差 且平均采摘周期較長 易對(duì)采摘 對(duì)象造成損傷 成為制約其應(yīng)用推廣的嚴(yán)重阻礙 為促進(jìn)果 蔬采摘機(jī)器人的實(shí)用化和商業(yè)化 還需要在優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 開發(fā)智能化果實(shí)識(shí)別定位技術(shù) 優(yōu)化智能控制系統(tǒng) 增強(qiáng)設(shè)備通用性及降低設(shè)備操作難度等方面加以改進(jìn) 參考文獻(xiàn) 1 宋健 張鐵中 徐麗明 等 果蔬采摘機(jī)器人研究進(jìn)展與展望 J 農(nóng)業(yè) 機(jī)械學(xué)報(bào) 2006 5 158 162 2 李國利 多末端蘋果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究 D 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017 3 祝前峰 陸榮鑑 李奉順 蘋果采 摘機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J 林 業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2021 49 5 4 9 15 4 D M Bulanon T Kataoka A fruit detection system and an end effector for robotic harvesting J Agricultural Engineering International theCIGREjournal 2010 XII 1 14 5 D M Bulanon T Kataoka H Okamoto et al Determing the 3 D location of the apple fruit during harvest C Proceedings of ConferenceonAutomationTechnologyforOff RoadEquipment 2004 91 97 下轉(zhuǎn)第 21 頁 開發(fā)研究 17 新 疆農(nóng)機(jī)化2021 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譜信息表征及腐敗預(yù)警模型構(gòu)建 J 光譜學(xué)與光譜分析 2020 40 12 3871 3877 12 張棣 殷勇 于慧春 等 高光譜融合馬氏距離的貯藏黃瓜腐 敗預(yù)警方法 J 核農(nóng)學(xué)報(bào) 2020 34 12 2749 2755 13 曹曉峰 任惠如 李幸芝 等 高光譜技術(shù)結(jié)合特征波長 光譜 指數(shù)對(duì)冬棗成熟度可視化判別 J 光譜學(xué)與光譜分析 2018 38 7 2175 2182 14 孟慶龍 張艷 尚靜 高光譜成像結(jié)合 BP 網(wǎng)絡(luò)無損檢測(cè)李子 的硬度 J 激光與紅外 2019 49 8 968 973 15 程麗娟 劉貴珊 何建國 等 靈武長棗蔗糖含量的高光譜無 損檢測(cè) J 食品科學(xué) 2019 40 10 285 291 16 王風(fēng)云 鄭紀(jì)業(yè) 阮懷軍 等 基于高光譜的套袋和不套袋蘋 果糖度無損預(yù)測(cè)模型研究 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020 52 6 129 136 17 MaT Li X Inagaki T et al Noncontent evaluation of solube solidscontentinapplesbynear infraredhyperspectralimaging J Journal of Food Engineering 2018 224 53 61 18 邵園園 王永賢 玄冠濤 等 高光譜成像快速檢測(cè)殼聚糖涂 膜草莓可溶性固形物 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2019 35 18 245 254 開發(fā)研究 21