蔬果采摘机器人的研究进展与展望

果蔬采摘机器人研究进展

刘长林,张铁中,杨丽󰀁(中国农业大学,北京100083)

摘要󰀁综述了果蔬采摘机器人的国内外研究现状,介绍了目前大部分典型的果蔬采摘机器人的研究成果。通过分析大部分采摘机器人的工作情况、功能、存在问题,指出了目前采摘机器人的应用与研究过程中的主要难点与制约因素,提出了研究开发的方向与关键技术。关键词󰀁果蔬采摘;机器人;研究进展;关键技术中图分类号󰀁S225󰀁󰀁文献标识码󰀁A󰀁󰀁文章编号󰀁0517-6611(2008)13-05394-04

ResearchProgressonPickingRobotforFruitsandVegetablesLIUChang󰀁linetal󰀁(ChineseAgriculturalUniversity,Beijing100083)Abstract󰀁Thecurrentsituationofresearchonfruitandvegetablepickingrobotathomeandbroadwassummarized,theparticularlyfocuswereonthere󰀁searchresultsofmosttypicalpickingrobots,includingrobotprincipleandstructure.Throughanalyzingtheworkingcondition,functionandproblemsofmostofpickingrobot,thepresentdifficultiesandrestrictedfactorsofpickingrobotinitsresearchandapplicationwerepointoutandtheresearchdirectionandkeytechnologyinfuturewereprovided.Keywords󰀁Fruitandvegetablepicking;Robot;Researchprogress;Keytechnology

第２期　

２０１０年２月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　１４９　

文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０２—０１４９—０３　

攀　喷涂机器人自动轨迹规划研究进展与展望　

・　陈雁　＇２ｌ　邵君奕　，　张传清－，ｚ刘宗政　，　陈恳１’２　

・　（　清华大学精密仪器与机械学系，北京１ｏｏｏ８４）（　清华大学摩擦学国家重点实验室，北京１０００８４）　

０一ｉ－Ｌ．ａ　（，后勤工程学院军事供油工程系，重庆４０００１６）　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｐａｉｎｔｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ　

ＣＨＥＮ　Ｙａｎ１，２，３　ＳＨＡＯ　Ｊｕｎ—ｙｉ１，２　７ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｕａｎ—ｑｉｎｇ１，２，ＬＩＵ　Ｚｏｎｇ－ｚｈｅｎｇ１＇２，ＣＨＥＮ　Ｋｅｎ　＇　

（　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｔｈｅ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００１６，Ｃｈｉｎａ）　

；　【摘要】喷涂自动轨迹规划是以喷枪涂料沉积模型、工件表面ＣＡＤ模型、约束条件和优化准则为ｌ　

基础，利用最优轨迹规划器自动生成喷枪轨迹。简介了喷涂自动轨迹规划的发展历程，分析了高斯分布模ｌ　

型、贝它分布模型、分析沉积模型、工件表面建模方法和优化准则，详细综述了最优轨迹规划器的研究进；　

果蔬采摘机器人研究进展与展望

金慧迪

（西北农林科技大学，机械与电子工程学院，712100）

摘 要： 本文主要介绍了果树采摘机器人的特点及国内和美国、日本、荷兰、英国等国外的研究进展，并且对研究过程中所存在的一些问题提出了一系列的解决方案，对未来果蔬机器人的发展进行了展望。

关键词：机器人：果树采摘：研究进展

在果蔬生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40%。采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前国内果蔬采摘作业基本上还是手工完成。随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。因此，发展机械化收获技术，研究开发果蔬采摘机器人，具有重要的意义。

一、果蔬采摘机器人的特点

1.1 作业对象的非结构性和不确定性

果实的生长是随着时间和空间而变化的，生长的环境是变化的、未知的和开放性的，直接受土地、季节和天气等自然条件的影响。这就要求果蔬采摘机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理功能，而且还要能够顺应变化无常的自然环境，在视觉、知识推理和判断等方面具有相当高的智能。

1.2 作业对象的娇嫩性和复杂性

果实具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。且其形状复杂，生长发育程度不一，相互差异很大。果蔬采摘机器人一般是作业、移动同时进行，行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围、较长的距离及遍及整个田间表面等特点。

1.3 良好的通用性和可编程性

由于果蔬采摘机器人的操作对象具有多样性和可变性，要求具有良好的通用性和可编程性。只要改变部分软、硬件，变更判断基准，变更动作顺序，就能进行多种作业。例如，温室果蔬采摘机器人，更换不同的末端执行器就能完成施肥、喷药和采摘等作业。

1.4 操作对象和价格的特殊性

果蔬采摘机器人操作者是农民，不是具有机电知识的工程师，因此要求果蔬采摘机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点；另外，农业生产以个体经营为主，如果价格太高，就很难普及。

基于自动化的采摘机器人

随着科技的快速发展，自动化技术已经深入到各个领域，其中农业领域也不例外。近年来，基于自动化的采摘机器人已经逐渐成为农业领域的研究热点。这种机器人的出现，不仅可以提高采摘效率，降低人工成本，还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。

一、自动化采摘机器人的研究现状

目前，自动化采摘机器人的研究主要集中在视觉识别和机械臂抓取两个环节。在视觉识别方面，通过深度学习和计算机视觉技术，机器人可以识别并跟踪目标植物，确定最佳的采摘位置和时间。在机械臂抓取方面，机器人通过高精度的传感器和算法，可以模拟人类的手部运动，准确地抓住目标植物，并完成采摘。

二、自动化采摘机器人的应用场景

自动化采摘机器人可以应用于各种需要大量人力的农业领域，如水果、蔬菜、鲜花等。以水果采摘为例，机器人可以识别出成熟的水果，并准确地抓住它们，大大提高了采摘效率。此外，机器人还可以在危险的环境下工作，如高压电线附近或农药残留严重的区域，降低了人类的工作风险。 三、自动化采摘机器人的挑战与前景

虽然自动化采摘机器人的研究已经取得了一定的进展，但是在实际应用中仍然存在一些挑战。例如，机器人的视觉识别系统还需要进一步提高精度和稳定性，以适应各种复杂的环境。此外，机器人的机械臂也需要进一步提高抓取的准确性和力度控制，以适应不同大小和形状的水果。

然而，自动化采摘机器人的前景非常广阔。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，机器人将在农业领域发挥越来越重要的作用。未来，我们可以期待看到更多的自动化采摘机器人在农田、果园、温室等地方工作，为农业生产带来更多的便利和效益。

四、结论

基于自动化的采摘机器人是农业领域的一种创新技术，具有广泛的应用前景和重要的实际意义。通过深度学习和计算机视觉技术，机器人可以识别并跟踪目标植物，通过高精度的传感器和算法，可以模拟人类的手部运动，准确地抓住目标植物，并完成采摘。这种机器人的出现，不仅可以提高采摘效率，降低人工成本，还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。虽然在实际应用中仍存在一些挑战，但随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，自动化采摘机器人的前景非常广阔。