果蔬采摘机械人的研究进展

编号（学号）：

课程论文（设计）

（ 2014 届本科）

题目：果蔬机器人的研究进展

学院：工程学院

专业：农业机械化及其自动化

*名：***

指导教师：***

完成日期： 2014 年 3 月 12 日

目录

摘要............................................. XL Abstract.......................................... XL 前言. (1)

1 果蔬采摘机器人的研究现状 (1)

1．1 国外研究现状 (1)

1. 1. 1 西红柿采摘机器人 (2)

1. 1. 2 草莓采摘机器人 (3)

1.1.3黄瓜采摘机器人 (4)

1.1.4 多功能葡萄采摘机器人 (4)

1.1.5甘蓝采摘机器人 (5)

1.1.6 蘑菇采摘机器人 (5)

1.1.7甜瓜收获机器人 (6)

1.1.8 柑橘采摘机器人 (6)

1.1.9苹果采摘机器人 (6)

1.1.10茄子采摘机器人 (7)

1.2 国内研究进展 (7)

1.3果蔬收获机器人的应用现状 (9)

2 果蔬收获机器人作业环境和工作对象的特殊性 (10)

3. 采摘机器人存在的问题及对策 (10)

3.1 存在的问题 (11)

3.1.1 果实的识别率、定位精度低 (11)

3.1. 2 采摘环境的非结构化给采摘带来困难 (11)

3.1.3 果实的损伤率较大 (11)

3. 1. 4 果实平均采摘周期较长、效率低 (12)

3. 1. 5 采摘机器人的制造成本高、应用推广难 (12)

3. 2 解决对策 (12)

4 果蔬收获机器人关键技术和技术难点 (13)

4.1 机械本体的优化设计 (13)

4.2 自动化识别和定位 (13)

4.3 路径规划和运动控制技术 (13)

5．结论 (14)

参考文献 (14)

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,应用状况，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：果蔬收获；机器人；研究现状；关键技术

Abstract

The characters and actuality of the fruit-vegetable picking robots at home and abroad are introduced in this article, as well as some representative outcomes of research. Picking efficiency and manufacture cost are restrictions for picking robot. Through analyzing the working condition function and problems of most of picking robot, the present difficulties and restricted factors of picking robot in its research and application were point out and the research direction and key technology in future were provided.

Keyword:Fruit and vegetable picking; Robot; Research progress; Key technology

前言

果蔬采摘作业是果蔬生产中最耗时、最费力的一个环节。果蔬收获期间需投入的劳

力约占整个种植过程的50%-70%。随着社会经济的发展和人口的老龄化,很多国家农业

劳动力严重短缺,导致果蔬生产劳动力成本增加。为降低成本,提高劳动效率,果实采摘

的自动化成为亟待解决的问题。收获作业自动化和机器人的研究开始于20世纪60年

代的美国,采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式,其缺点是果实易损,效率不高,特别是无法进行选择性的收获。20世纪80年代中期以来,随着电子技术和计算机技术的发展,特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟,

以日本为代表的发达国家,包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家,在

收获采摘机器人的研究上做了大量的工作。

果蔬收获机器人是一类针对水果和蔬菜,可以通过编程来完成这些作物的采摘、转运、打包等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统,是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学,需要涉及机

械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息

处理等多方面的学科领域知识。

研究和开发果蔬收获的智能机器人技术对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低

生产成本、保证新鲜果蔬品质,以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要的意义。本文详细介绍了国内外果蔬收获机器人的研究现状,并指出了目前还存在的问题。

1 果蔬采摘机器人的研究现状

1．1 国外研究现状

美国学者Schertz和Brown于1968年首次提出应用机器人技术进行果蔬收获的，但

当时开发的收获机器人样机只能算是半自动化的收获机械。随着计算机图像处理技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟,日本、美国、荷兰、法国、英国、意大利、以色列、西班牙等国家在采摘机器人的研究上做了大量研究工作,并且

试验成功了多种具有人工智能的采摘机器人。但是由于采摘对象的复杂性和采摘环境

的特殊性,目前市场上仍没有商品化的采摘机器人。