果蔬采摘机器人的研究现状_问题及对策.pdf

第 27卷第 6期 机 　械 　设 　计 Vo l. 27 No. 6 　 2 0 1 0 年 6 月 JOURNAL OF MACH IN E D ESIGN Jun. 20 10 果蔬采摘机器人的研究现状 、问题及对策 张洁 ,李艳文 (燕山大学 机械工程学院 ,河北 秦皇岛　066004 ) 摘要 :为解决农业采摘中的实际问题 ,果蔬采摘机器人的研究与应用成为一种迫切需要 。综述了国内外果蔬采摘机 器人的研究进展与现状 ,介绍了几种典型的果蔬采摘机器人的研究成果 。通过分析这些采摘机器人 ,指出了限制采摘机 器人商品化的几点因素 :采摘的效率 、成功率及成本问题 。并针对这些问题提出了解决对策 , 同时也指明了采摘机器人 未来的研究方向。 关键词 :果蔬采摘机器人 ;研究现状 ;存在的问题 ;解决对策 中图分类号 : TP242　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 1001 - 2354 (20 10) 06 - 000 1 - 05 　　果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环 Schertz和 B rown 于 1968年提出的[ 3 ] ,但当时开发的收 节 ,其成本高 、季节性强 、需要大量劳动力高强度的工 获机器人样机只能算是半自动化的收获机械 [ 4 ] 。随着 作 。但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳 计算机图像处理技术 、工业机器人技术以及人工智能 动力以及人口老龄化加剧等原因 ,使得能够从事农业 控制等技术的发展和 日趋成熟 , 日本 、美国、荷兰 、法 生产的劳动力越来越少 ,单靠人工劳作已经不能满足 国、英国、意大利 、以色列 、西班牙等国家在采摘机器人 现有的需要 。随着计算机图像处理技术和各种智能控 的研究上做了大量研究工作 ,并且试验成功了多种具 制理论的发展 ,使采用机器人采摘果蔬成为可能 。果 有人工智能的采摘机器人 。但是由于采摘对象的复杂 蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜 ,可以通过编程 性和采摘环境的特殊性 , 目前市场上仍没有商品化的 来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化 采摘机器人 。 机械收获系统 [ 1 ] ,是集机械 、电子 、信息、智能技术 、计 1. 1. 1　西红柿采摘机器人 算机科学 、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科 1993年 , 日本近藤等人研制出一台具有 7 自由度 学 ,需要涉及机械结构 、视觉图像处理 、机器人运动学 的西红柿收获机器人 。该机器人由机械手 、末端执行 ( ) 动力学 、传感器技术 、控制技术以及计算信息处理等多 器 、视觉传感器和移动机构等组成 见图 1 。末端执 方面学科领域知识 [ 2 ] 。采摘机器人将在解决劳动力不 行器由两个机械手指和一个吸盘组成 。通过彩色摄像 足 、降低工人劳动强度 、提高工人劳动舒适性 、减轻农 机来寻找和识别成熟果实 ,利用双 目视觉方法对 目标 业化肥和农药对人体的危害 、提高采摘果蔬的质量 、降 进行定位 。采摘时 , 4 轮行走机构行走指定的距离后 , 低采摘成本 、提高劳动生产率 、保证果蔬的适时采收、 进行图像采集 ,利用视觉系统检测出果实相对机械手 提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力 。 坐标系的位置信息 ,判断西红柿是否符合收