在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域堆生，采摘水果匣沼、收割蔬菜聽上去很簡單狰挡，其實這是冗長而無趣的工作，很難激起人們的上班熱情释涛。為了降低果園里員工突然辭職的風(fēng)險加叁，許多人將目光轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)機器人，以減少對手工勞動的依賴，并提高整體生產(chǎn)率它匕。

01

采摘機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

國際上展融，一些以日本和美國為代表的發(fā)達國家，已經(jīng)從20世紀80年代開始研究采摘機器人豫柬，并取得了一些成果告希。而我國直到20世紀90年代，中國才開始研究果蔬采摘機器人烧给，而且相對于其他發(fā)達國家燕偶，中國的研究工作具有起步晚，發(fā)展慢憔剂，投資少的特點摆螟。相比于其他國家農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的日漸成熟，我國不管在技術(shù)的研發(fā)還是應(yīng)用上都還處于起步階段艳拿。

受市場投資蒜恶、發(fā)展速度和機器人技術(shù)差距影響，早期我國農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展較為艱難陷字。但隨著自動化和城鎮(zhèn)化進程的不斷加快厉源，我國農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)范圍取得一定進展。同時仲侈，在國家經(jīng)濟豆蝠、科技都獲得快速發(fā)展的情況下，國家加大了對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的扶持力度秆惑，如今我國農(nóng)業(yè)機器人已經(jīng)迎來了良好發(fā)展期赛羡。

02

采摘機器人的情況分析

采摘機器人的應(yīng)用場景

機器人采收是農(nóng)林業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一』┑埃基于采收機器人采收對象進行分類词祝，主要類型有蘋果采收機器人、草莓采收機器人届谈、番茄采收機器人枯夜、黃瓜采收機器人和林業(yè)采收機器人等。

采摘機器人解決方案組成

1.智能化的果實識別和定位：開發(fā)智能化的圖像處理算法艰山、采用主動光源湖雹、采用多傳感器信息融合提高采摘機器人的感知功能。開發(fā)新型傳感器或按照一定融合策略構(gòu)造傳感器陣列曙搬，以彌補單個缺陷摔吏，以及提出新的融合方法來提高傳感器的靈敏度和反應(yīng)度以完善探測結(jié)果。

2.機械本體的優(yōu)化設(shè)計：在滿足機器人性能的前提下纵装，針對采摘作業(yè)對象的特點征讲，設(shè)計簡單、緊湊、輕巧诗箍、采摘無損高效的機械手癣籽，是必須解決的問題。目前滤祖，在果蔬機械采摘過程中才避，迫切要求農(nóng)業(yè)機器人能實現(xiàn)一些果蔬抓持和操作的穩(wěn)定性，具有力閉環(huán)控制的抓取手或采摘機構(gòu)將成為解決問題的途徑掰废。3.路徑規(guī)劃和運動控制技術(shù)：為了靈活地接近果實棕优，提高其采摘的效率，收獲機器人往往存在冗余自由度敢添，這對機器人的軌跡規(guī)劃佣虑、運動控制、避障行走等方面都提出了更復(fù)雜季训、更嚴格的要求弧定。因此，必須研究開發(fā)出自適應(yīng)性強和路徑算法最優(yōu)的智能化機器人肝庸。

采摘機器人發(fā)展的難點

目前農(nóng)林業(yè)采收機器人的研究仍存在一些問題亟待解決锡跺。

（1）末端執(zhí)行器。機器人采收作物的收獲率吓死、作物的完整程度以及采收完成后對原植株的損壞程度也是制約農(nóng)林業(yè)采收機器人投入實際生產(chǎn)的重要原因渴甜。采收機器人的采收過程需要仿照人工作業(yè)，但是機械采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計限制了采收機器人在復(fù)雜環(huán)境下采收的成功率和采收下的作物的完好程度普晌。同時農(nóng)林業(yè)采收機器人的采收要盡量避免采收過程中對農(nóng)作物植株的損傷顶猜，破壞性的采收是不可取的。因此痘括，采收機器人末端執(zhí)行器的設(shè)計既要考慮到末端執(zhí)行器在枝葉間運動的靈活性长窄，又要考慮采摘手爪對果蔬進行采收作業(yè)時接觸力的大小、摘取的方式纲菌，以保證果蔬的完好挠日。

（2）圖像識別技術(shù)。目前對于采收作物的圖像識別技術(shù)已有了較多的研究翰舌，但是面對自然環(huán)境下生長的農(nóng)作物嚣潜，光照、枝葉遮擋和果實熟度等都是采收機器人工作時需要考慮的干擾因素灶芝，因此采收機器人對于成熟作物的識別率與識別速度始終難以達到較高的水平郑原，這也導(dǎo)致機器人難以投入實際的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)唉韭。

采收機器人準確識別成熟作物的速度與精度是提升機器人作業(yè)效率的關(guān)鍵夜涕。利用高效的算法和先進的傳感器，將數(shù)據(jù)采集設(shè)備與視覺系統(tǒng)結(jié)合，提高視覺系統(tǒng)對信息的處理速度女器，同時利用機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)不斷提高對成熟果實作物的識別精度將會成為未來圖像識別技術(shù)的發(fā)展方向口迟。

（3）導(dǎo)航定位技術(shù)。隨著精準農(nóng)業(yè)巨脚、設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展保蒲，高架栽培、溫室栽培等新型栽培方式將逐漸取代傳統(tǒng)的露天種植敢弟。而采收機器人在壟間的路徑規(guī)劃與障礙規(guī)避速度會對采收機器人的作業(yè)速度產(chǎn)生極大影響贼卿。采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)等方法提高機器人對復(fù)雜環(huán)境的識別和處理能力將是未來導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵捅振。

（4）柔性結(jié)構(gòu)彬率。目前，農(nóng)林業(yè)采收機器人基本都是針對特殊作物研究制造的特型機器人怯糠，泛用性差署隔。采收機器人的設(shè)計和制造不應(yīng)只滿足于單種類的作物，應(yīng)該提高機器人的泛用性瓦统，通過更換末端執(zhí)行器和控制程序能夠完成多種類型的作物收獲作業(yè)贿妹，甚至是將播種、施肥和噴藥等多種農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)作業(yè)集成到一臺機器人上金矛。

（5）機器人本體設(shè)計芯急。目前，農(nóng)林業(yè)采收機器人由于所需的傳感器驶俊、圖像采集設(shè)備等儀器以及本體造價等原因?qū)е缕涑杀靖甙褐居凇Ｒ虼耍瑢Σ墒諜C器人結(jié)構(gòu)的簡化既能有效降低其生產(chǎn)成本废睦，又能提高機器人在復(fù)雜環(huán)境下工作靈巧性伺绽。同時簡化操作能讓農(nóng)林業(yè)采收機器人能夠更快地在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中得到普及。

03

總結(jié)

目前嗜湃，大部分果蔬采摘機器人還處于研究階段奈应，離實用化和商品化還有一定的距離。在采摘機器人的智能化果實識別和定位购披、機械本體的優(yōu)化設(shè)計杖挣、路徑規(guī)劃和運動控制技術(shù)、開放式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)等方面有待進一步的研究刚陡。隨著農(nóng)業(yè)工廠化經(jīng)營模式的推廣和采摘機器人成本的降低惩妇，采摘機器人最終會走出實驗室，實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用筐乳，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向著裝備技術(shù)精細化撤掀、自動化狱槽、智能化方向的發(fā)展。

（農(nóng)業(yè)行業(yè)觀察）

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