摘 要: 随着 新的农 业生 产 模式和 新技 术 的发展 与应 用 ,农业 机器 人 将成为 农业 生 产的主 力军 。 采摘机 器
人作为 农业 机 器人的 重要 类 型,具 有很 大 的发展 潜力 。 为此, 在分 析 采摘机 器人 特 点的基 础上 , 通过对 几
种典型 的采 摘 机器人 的开 发 与应用 介绍 , 分析了 国内 外 采摘机 器人 的 研究进 展与 现 状;找 出采 摘 机器人 发
展中存 在的 主 要问题 并提 出 相应的 解决 途 径;指 出人 机 协作思 想和 开 放式结 构思 想 应用于 采摘 机 器人的 研
究具有实际应用价值。
关键词: 农 业 工程;采摘 机 器 人;综述 ; 人 机 协作;开 放 式 结构
中图分类号:
S
225.39;
S1
26
文 献 标 识 码 :
A
文章 编号 :
1003
—
188
X
(
2007
)
02
—
0004
—
04
0 引言
21 世纪是农 业 机械 化 向智能化 方 向发展的 重
要时期 。随 着农业生产的规模化 、多样化和精 确化,
农业生产作业要求逐渐提高,许多作业项目( 如蔬
菜和水果的挑选与采摘、蔬菜的嫁接等)都是劳动
密集型工作,再加上时令的要求, 保证作业质量成
为关键问题;同时,工业生产发展迅速,农业劳动
力将逐渐向社会其他产业转移;随着人口的老龄化
和农业劳动力的减少, 农业生产成本也相应提高,
这样大大降低了产品的市场竞争力。
果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力
的一个环节。采摘作业季节性强、 劳动强度大、费
用高,因此保证果实适时采收、降低收获作业费用
是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性,
采摘自动化程度仍然很低。目前, 国内水果采摘作
业 基 本 上 都 是 人 工 进 行 , 其 费 用 约 占 成 本 的
50%~70%, 并且 时间较 为集中。采 摘机器人作 为农
业机器人的重要类型, 其作用在于能够降低工人劳
动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、
保证果实适时采收,因而具有很大发展潜力。
1 采摘机器人的特点
采摘机器人主要工作在非结构化的开放环
境下,环境条件受季节和天气的影响较大,因采摘
机器人应具有高水平的智能控制系统;
收稿日期 : 2006-03-29
作者 简介 : 崔玉洁( 1975-), 女 , 河 北 乐 亭 人 , 讲 师, 博士 研究生 ,
( E-mail) cuiyujie@syau.edu.cn。
通讯 作者 : 张祖立( 1953-), 男 , 辽 宁 大 连 人 , 教 授, 博士 生 导师。
采摘机器人的作业对象表皮组织柔软、易
损伤,由此决定了采摘机器人的末端执行器应具柔
软性,避免碰伤果实;
果实生长位置的随机性、个体形状的差异
性和成熟期的不一致性等,增加了机器人的视觉定
位的难度。
采摘 机械 手 的 设 计 应 在 考 虑 栽 培 方式 的
基础上使果实处于其作业空间内 ,并 且能避免茎秆、
叶子等障碍物,准确抓取到果实, 这就要求机械手
具有一定的避障能力, 必要时可考虑采用冗余度机
械手,但自由度多难于控制;
采摘机器人的操作者是农民,因此要求机
器人具有操作简单的特点,另外还应在保证高可靠
性的前提下有更低的价位。
2 研究进展与现状分析
国外农业机器人发展迅速 。自 1983 年第 1 台西
红柿采摘机器人在美国诞生以来, 采摘机器人的研
究和开发历经 20 多年 ,日本和欧美 等国家相继立项
研究采摘苹果、柑桔、 西红柿、西瓜和葡萄等智能
机器人。我国采摘机器人的研究也逐渐起步, 如上
海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究, 浙江
大学对七自由度番茄收获机械手进行了机构分析与
优化设计研究,中国农业大学对采摘机械手的视觉
识别系统进行了研究。 目前,比较典型的采摘机器
人有人机协作型柑橘采摘机器人, 西红柿、黄瓜、
草莓和多功能葡萄采摘机器人等。
2.1
人机协作型柑橘采摘机器人
人机协作型研究思想是将采摘机器人寻找、定
位待摘果实以及机器人导航任务由人来完成, 机器