浅析果蔬采摘机器研究现状发展
摘：新型城镇化建设断加快农村生产劳动力足致果蔬产业中工成占较研究果蔬采摘机器减少果蔬生产成降低劳动力赖性具十分重现实意义课题组通介绍果蔬采摘机器国外研究现状目前果蔬采摘机器作业时存问题进行分析提出增强采摘机器性提高识率定位精度扩展设备通性降低维护生产成等发展趋势果蔬采摘机器发展提供鉴
关键词：果蔬采摘机器研究现状发展趋势
农业作国重济产业支柱发展道路存着众问题城镇化断推进口老龄化现象日益严重量青年外出务工等驱动农村严重缺乏生产劳动力缺乏生产劳动力农业发展面问题[1]目前国果蔬等农作物采摘方式工采摘方式劳动力足量工成严重影响果蔬生产效益着国家发展农业发展逐渐传统农业智化智慧化农业发展农业生产中普智化设备降低成提高工作效率成未农业发展必然趋势研发制造适果蔬等农作物采摘机器代工进行农业生产推进农业智化现代化进程具重意义[2]
1果蔬采摘机器作业特性分析
11采摘象样化生长环境差异化
果蔬种类繁形状颜色重量坚硬度差坚硬度高果蔬采摘时容易造成损坏作业时采摘机器需根果蔬调整末端执行器控制抓取力度果蔬生长受环境素影响环境存着差异性采摘机器采摘作业环境相进提出更高求
12采摘作业确定性均匀性
果蔬生长位置分布均匀容易受枝叶遮挡种作业环境采摘机器具确定性求采摘机器准确识精准定位采摘控制等方面具更适应力更高智化水
13采摘机器通性更换性
采摘机器采摘目标果实样化进种类果蔬采摘机器够进行采摘作业求采摘机器具良通性机器进行采摘作业时末端执行器直接果蔬进行接触果蔬末端执行器求采摘机器末端执行器具更换性
2果蔬采摘机器研究现状
采摘机器早出现1968年受时科学技术限制出现采摘机器机械式结构种单机械式结构采摘机器工作效率高着工业机器技术计算机图机器学逐步发展采摘机器迎新革命[3]
21国外研究现状
日藤直（NaoshiKondo）等[45]研发制造出采摘番茄采摘机器具7度采摘环境中该机器通双目视觉系统识定位已成熟果实采摘机器通腕关节果实果柄分离具软衬垫末端执行器通吸入方式采摘果实该采摘机器位枝叶茂密环境中法避开障碍完成采摘作业影响采摘成功率该采摘机器采摘单果实均耗时15s采摘成功率70美国佛罗里达学MichaelWHannan等[6]研发制造出采摘柑橘采摘机器具7度图1示该采摘机器利摄机超声波传感器目标果实进行识定位根位置信息采摘机器进行采摘作业时球形坐标坐标系通末端执行机构夹持目标果实进行采摘视觉系统处理时间15ms~80ms末端执行机构速度高508mms日KanaeTanigaki等[7]研发制造出采摘樱桃采摘机器具4度图2示该机器视觉伺服系统采摘机械臂机构工控机等部分视觉系统目标果实进行识定位机械臂机构通移动关节增末端执行器采摘作业范围该采摘机器吸入式方式进行采摘果实果梗起采摘美国HemanthSarabu等[8]研发种具6度双臂协苹果采摘机器图3示中双臂分抓取臂搜索臂搜索臂没安装末端执行器该采摘机器创新配备协机械臂（搜索臂）搜索臂针抓取臂未识苹果果实进行识定位通身算法进行路径规划实现搜索臂行路径方案通该苹果采摘机器仿真采摘实验分析出该双臂协苹果采摘机器实现苹果果实定位采摘作业英国BoazArad等[9]研发具6度甜椒采摘机器图4示该采摘机器动行驶智台台机械臂视觉系统等组成机械臂末端配备摄头甜椒植株进行3D摄影图通图形处理单元形成三维高清影精准定位甜椒果实该采摘机器末端执行器通定端震动刀片桔梗干连接处分离终实现甜椒采摘机器采摘作业
22国研究现状
江苏学赵德安等[10]研发种具5度苹果采摘机器图5示该采摘机器视觉伺服系统控制系统采摘机械臂机构等部分末端执行器配备视觉传感器等进采摘机器够目标果实进行定位通新分类算法识果实根识苹果果实位姿进行逆解计算结合伺服控制系统机械臂关节转动逆解示位姿实现果实采摘该苹果采摘机器采摘单苹果均耗时15s采摘成功率77户外采摘作业北京工业学王丽丽[11]研发制造出采摘番茄采摘机器图6示该采摘机器具4轮独立转行走运动机构通激光导航系统控制机器运动利识定位技术确定目标果实位置灵巧型4度机械臂空间较蔬菜棚环境进行采摘作业机械手手指末端套硅胶指套手掌部位垫柔软硅胶衬垫实现番茄果实损采摘该采摘机器采摘单番茄均耗时15s采摘成功率超867江苏学高杨等[12]研发制造出适矮化密植环境采摘机器具4度图7示该采摘机器具4条履带式运动机构台搭载剪叉式升降机构机械臂果箱视觉传感器等部件通视觉系统定位目标果实位置偏高果实通剪叉式升降机构抬高机械臂进行采摘采摘果实直接存果箱中中国农业学张帆等[13]研发制造出采摘黄瓜采摘机器该机器实现损抓取目标果实图8示末端执行机构夹持剪切叶片推挡导轨滑台等机构组成夹持机构两气动柔性手指构成手指兼顾柔性刚度求该采摘机器通移动台进行初次定位利推挡机构遮挡果实叶片推开通红外传感器进行次定位夹持机构进行抓取采切刀切断果柄方式进行采摘作业该机器采摘成功率85采摘速度约8s根视觉系统定位误差7mm果实识率95沈阳农业学丰华等[14]研发制造出采摘番茄采摘机器具6度图9示该采摘机器适日光温室进行采摘作业利具4麦克纳姆轮台搭载采摘机械臂机械臂末端执行器配备薄膜压力传感器该采摘机器通视觉识STM32控制器机械臂进行控制实现果实采摘
3果蔬采摘机器存问题
目前国外学者果蔬采摘机器进行量研究分采摘机器运动结构方式视觉定位系统控制系统末端执行器进行深入探索研究取定成果部分果蔬采摘机器尚处实验研究阶段未达代工进行采摘求问题
31果蔬采摘机器识率定位精度高果蔬采摘机器作业象生长果实颜色相作业环境复杂变采摘机器受环境素影响非常明显目前工智数深度学等算法采摘机器果实识率提高视觉传感器等受光遮挡等环境干扰时然存较识误差进影响采摘机器目标果实定位精度
32果蔬机器采摘效率较低损伤率较高实际工作程中采摘机器处作业环境具差异性机器视觉控制系统识定位精度高导致采摘机器采摘效率高果蔬机器模仿动作进行采摘作业果蔬直接接触末端执行器部分刚性结构少会果实造成程度损伤
33果蔬机器避障性通性足果蔬采摘机器进行采摘作业时处作业环境变情况采摘目标果实枝叶遮挡果实间重叠性等采摘机器需采摘路径规划中具避障功现采摘机器针某特定果蔬研发果蔬间通通性较差
34果蔬机器维修制造成较高果蔬采摘机器作业环境工业机器样单结构系统等更加复杂研发周期长制作成高果蔬采摘机器作智农业装备设备维护保养费相言更高
4果蔬采摘机器发展趋势
根述研究知果蔬采摘机器发展程存亟解决问题结合采摘机器未发展方提出点见解
1）增强采摘机器性机械结构直接影响着采摘机器性满足采摘作业情况利虚拟仿真创新优化等设计手段机械结构更加紧凑简单特针采摘机器末端执行器应改变目前刚性结构增强末端执行器柔性灵巧性
2）提高采摘机器识率定位精度研发种视觉传感器够穿遮挡物确定目标果实具体位置结合适应学力图处理算法提高采摘机器定位精度辨识率
3）扩展设备通性研发采摘外观形状相似目标果实机械手采摘机器采开放式系统采摘机器采摘种果蔬进增强通性时提高利率
4）降低维护生产成目前采摘机器制造成高维修维护费高通研发新型材料优化结构降低成
5总结
目前国果蔬采摘机器尚处研究探索阶段数果蔬机器实验室环境进行采摘作业实验距离实化商业化段研究路程存许亟解决问题着国家力发展智化智慧化现代农业果蔬采摘机器终会实验室走果蔬生产基推进现代化农业发展
参考文献：
[1]施辉城智化技术农业机械中应发展[J]农业科技装备2021(6)：8081
[2]高文英浅议现代农业机械智化应发展[J]南方农机202051(11)：65
[3]肖旭李明谢景鑫等农业机器技术发展综述[J]湖南农业科学2020(11)：113118
[10]赵德安姬伟陈玉等果树采摘机器研制设计[J]机器技术应2014(5)：1620
[11]王丽丽番茄采摘机器关键技术研究[D]北京：北京工业学2017
[12]高杨刘继展周尧型升降式采摘机器设计试验[J]农机化研究201941(11)：132137
[13]张帆张帅辉张俊雄等温室黄瓜采摘机器系统设计[J]农业工程技术202040(25)：1620
[14]丰华周传琦杨鑫等日光温室番茄采摘机器设计实验[J]农业机械学报202153(1)：4149
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摘：新型城镇化建设断加快农村生产劳动力足致果蔬产业中工成占较研究果蔬采摘机器减少果蔬生产成降低劳动力赖性具十分重现实意义课题组通介绍果蔬采摘机器国外研究现状目前果蔬采摘机器作业时存问题进行分析提出增强采摘机器性提高识率定位精度扩展设备通性降低维护生产成等发展趋势果蔬采摘机器发展提供鉴
关键词：果蔬采摘机器研究现状发展趋势
农业作国重济产业支柱发展道路存着众问题城镇化断推进口老龄化现象日益严重量青年外出务工等驱动农村严重缺乏生产劳动力缺乏生产劳动力农业发展面问题[1]目前国果蔬等农作物采摘方式工采摘方式劳动力足量工成严重影响果蔬生产效益着国家发展农业发展逐渐传统农业智化智慧化农业发展农业生产中普智化设备降低成提高工作效率成未农业发展必然趋势研发制造适果蔬等农作物采摘机器代工进行农业生产推进农业智化现代化进程具重意义[2]
1果蔬采摘机器作业特性分析
11采摘象样化生长环境差异化
果蔬种类繁形状颜色重量坚硬度差坚硬度高果蔬采摘时容易造成损坏作业时采摘机器需根果蔬调整末端执行器控制抓取力度果蔬生长受环境素影响环境存着差异性采摘机器采摘作业环境相进提出更高求
12采摘作业确定性均匀性
果蔬生长位置分布均匀容易受枝叶遮挡种作业环境采摘机器具确定性求采摘机器准确识精准定位采摘控制等方面具更适应力更高智化水
13采摘机器通性更换性
采摘机器采摘目标果实样化进种类果蔬采摘机器够进行采摘作业求采摘机器具良通性机器进行采摘作业时末端执行器直接果蔬进行接触果蔬末端执行器求采摘机器末端执行器具更换性
2果蔬采摘机器研究现状
采摘机器早出现1968年受时科学技术限制出现采摘机器机械式结构种单机械式结构采摘机器工作效率高着工业机器技术计算机图机器学逐步发展采摘机器迎新革命[3]
21国外研究现状
日藤直（NaoshiKondo）等[45]研发制造出采摘番茄采摘机器具7度采摘环境中该机器通双目视觉系统识定位已成熟果实采摘机器通腕关节果实果柄分离具软衬垫末端执行器通吸入方式采摘果实该采摘机器位枝叶茂密环境中法避开障碍完成采摘作业影响采摘成功率该采摘机器采摘单果实均耗时15s采摘成功率70美国佛罗里达学MichaelWHannan等[6]研发制造出采摘柑橘采摘机器具7度图1示该采摘机器利摄机超声波传感器目标果实进行识定位根位置信息采摘机器进行采摘作业时球形坐标坐标系通末端执行机构夹持目标果实进行采摘视觉系统处理时间15ms~80ms末端执行机构速度高508mms日KanaeTanigaki等[7]研发制造出采摘樱桃采摘机器具4度图2示该机器视觉伺服系统采摘机械臂机构工控机等部分视觉系统目标果实进行识定位机械臂机构通移动关节增末端执行器采摘作业范围该采摘机器吸入式方式进行采摘果实果梗起采摘美国HemanthSarabu等[8]研发种具6度双臂协苹果采摘机器图3示中双臂分抓取臂搜索臂搜索臂没安装末端执行器该采摘机器创新配备协机械臂（搜索臂）搜索臂针抓取臂未识苹果果实进行识定位通身算法进行路径规划实现搜索臂行路径方案通该苹果采摘机器仿真采摘实验分析出该双臂协苹果采摘机器实现苹果果实定位采摘作业英国BoazArad等[9]研发具6度甜椒采摘机器图4示该采摘机器动行驶智台台机械臂视觉系统等组成机械臂末端配备摄头甜椒植株进行3D摄影图通图形处理单元形成三维高清影精准定位甜椒果实该采摘机器末端执行器通定端震动刀片桔梗干连接处分离终实现甜椒采摘机器采摘作业
22国研究现状
江苏学赵德安等[10]研发种具5度苹果采摘机器图5示该采摘机器视觉伺服系统控制系统采摘机械臂机构等部分末端执行器配备视觉传感器等进采摘机器够目标果实进行定位通新分类算法识果实根识苹果果实位姿进行逆解计算结合伺服控制系统机械臂关节转动逆解示位姿实现果实采摘该苹果采摘机器采摘单苹果均耗时15s采摘成功率77户外采摘作业北京工业学王丽丽[11]研发制造出采摘番茄采摘机器图6示该采摘机器具4轮独立转行走运动机构通激光导航系统控制机器运动利识定位技术确定目标果实位置灵巧型4度机械臂空间较蔬菜棚环境进行采摘作业机械手手指末端套硅胶指套手掌部位垫柔软硅胶衬垫实现番茄果实损采摘该采摘机器采摘单番茄均耗时15s采摘成功率超867江苏学高杨等[12]研发制造出适矮化密植环境采摘机器具4度图7示该采摘机器具4条履带式运动机构台搭载剪叉式升降机构机械臂果箱视觉传感器等部件通视觉系统定位目标果实位置偏高果实通剪叉式升降机构抬高机械臂进行采摘采摘果实直接存果箱中中国农业学张帆等[13]研发制造出采摘黄瓜采摘机器该机器实现损抓取目标果实图8示末端执行机构夹持剪切叶片推挡导轨滑台等机构组成夹持机构两气动柔性手指构成手指兼顾柔性刚度求该采摘机器通移动台进行初次定位利推挡机构遮挡果实叶片推开通红外传感器进行次定位夹持机构进行抓取采切刀切断果柄方式进行采摘作业该机器采摘成功率85采摘速度约8s根视觉系统定位误差7mm果实识率95沈阳农业学丰华等[14]研发制造出采摘番茄采摘机器具6度图9示该采摘机器适日光温室进行采摘作业利具4麦克纳姆轮台搭载采摘机械臂机械臂末端执行器配备薄膜压力传感器该采摘机器通视觉识STM32控制器机械臂进行控制实现果实采摘
3果蔬采摘机器存问题
目前国外学者果蔬采摘机器进行量研究分采摘机器运动结构方式视觉定位系统控制系统末端执行器进行深入探索研究取定成果部分果蔬采摘机器尚处实验研究阶段未达代工进行采摘求问题
31果蔬采摘机器识率定位精度高果蔬采摘机器作业象生长果实颜色相作业环境复杂变采摘机器受环境素影响非常明显目前工智数深度学等算法采摘机器果实识率提高视觉传感器等受光遮挡等环境干扰时然存较识误差进影响采摘机器目标果实定位精度
32果蔬机器采摘效率较低损伤率较高实际工作程中采摘机器处作业环境具差异性机器视觉控制系统识定位精度高导致采摘机器采摘效率高果蔬机器模仿动作进行采摘作业果蔬直接接触末端执行器部分刚性结构少会果实造成程度损伤
33果蔬机器避障性通性足果蔬采摘机器进行采摘作业时处作业环境变情况采摘目标果实枝叶遮挡果实间重叠性等采摘机器需采摘路径规划中具避障功现采摘机器针某特定果蔬研发果蔬间通通性较差
34果蔬机器维修制造成较高果蔬采摘机器作业环境工业机器样单结构系统等更加复杂研发周期长制作成高果蔬采摘机器作智农业装备设备维护保养费相言更高
4果蔬采摘机器发展趋势
根述研究知果蔬采摘机器发展程存亟解决问题结合采摘机器未发展方提出点见解
1）增强采摘机器性机械结构直接影响着采摘机器性满足采摘作业情况利虚拟仿真创新优化等设计手段机械结构更加紧凑简单特针采摘机器末端执行器应改变目前刚性结构增强末端执行器柔性灵巧性
2）提高采摘机器识率定位精度研发种视觉传感器够穿遮挡物确定目标果实具体位置结合适应学力图处理算法提高采摘机器定位精度辨识率
3）扩展设备通性研发采摘外观形状相似目标果实机械手采摘机器采开放式系统采摘机器采摘种果蔬进增强通性时提高利率
4）降低维护生产成目前采摘机器制造成高维修维护费高通研发新型材料优化结构降低成
5总结
目前国果蔬采摘机器尚处研究探索阶段数果蔬机器实验室环境进行采摘作业实验距离实化商业化段研究路程存许亟解决问题着国家力发展智化智慧化现代农业果蔬采摘机器终会实验室走果蔬生产基推进现代化农业发展
参考文献：
[1]施辉城智化技术农业机械中应发展[J]农业科技装备2021(6)：8081
[2]高文英浅议现代农业机械智化应发展[J]南方农机202051(11)：65
[3]肖旭李明谢景鑫等农业机器技术发展综述[J]湖南农业科学2020(11)：113118
[10]赵德安姬伟陈玉等果树采摘机器研制设计[J]机器技术应2014(5)：1620
[11]王丽丽番茄采摘机器关键技术研究[D]北京：北京工业学2017
[12]高杨刘继展周尧型升降式采摘机器设计试验[J]农机化研究201941(11)：132137
[13]张帆张帅辉张俊雄等温室黄瓜采摘机器系统设计[J]农业工程技术202040(25)：1620
[14]丰华周传琦杨鑫等日光温室番茄采摘机器设计实验[J]农业机械学报202153(1)：4149
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