關于果蔬采摘機器人的研究探討

李祥亮

【摘 要】在農業領域，人力采摘果蔬的果實需要耗費相當大的人力物力，在工業生產浪潮下，實現農業果蔬采摘機械化已經是一種趨勢。本文就目前果蔬采摘機器人的現狀進行了探討。

【關鍵詞】果蔬采摘機器人；識別率；定位；末端執行器

在農業生產中，果蔬的栽培和生長需要用較長的時間來進行，當果蔬成熟之后，又需要耗費大量的經歷來對其進行采摘，如果采摘不恰當，對果蔬造成了損害，就會造成一定的經濟損失。果蔬的采摘工作是一項需要耗費很多勞動力的過程，而且在工業生產快速發展的今天，從事農業活動的人已經越來越少，如果人力不足的話，對于果蔬的采摘是一個嚴重的問題，但是僅僅依靠人力也已經滿足不了現代生產的需求。在計算機技術和相關信息技術的快速發展帶動下，由機器代替人來進行農業采摘工作，已經不是那么遙遠的事情了，以我們現在的技術已經完全可以實現，而這種機器就是果蔬采摘機器人。

這類機器人可以通過相關的機械和預先設計好的程序，自動的對果蔬進行采摘等工作，實現這項工作，涉及很多交叉學科，比如機械學科、電子信息、傳感器、視覺信息處理等，這些技術的綜合使用，使得采摘機器人能夠代替人來完成對成熟果蔬的采摘任務。而且，與人力采摘相比，采摘機器人有很多的優勢，比如機械化的采摘可以緩解勞動力不足、勞動強度過大的問題，減輕了農業勞動者的負擔，人力采摘的時候要接觸農藥等有害物質，采用機器可以避免人接觸這些物質，保護人的安全，而且機器采摘目前已經可以達到較高的采摘質量和效果，可以較長時間連續運行，提高了果蔬的采摘效率，創造了更多的經濟價值，可以說，果蔬采摘機器人已經是國際上發展的一個熱點。我國在采摘機器人方面的研究還處于起步階段，而很多西方國家在二十世紀八十年代就開始研制了，因此，在這方面，我們國家還需要加快腳步。

1.采摘機器人目前存在的問題

1.1果蔬的識別率較低、定位精確度不高

果蔬采摘機器人要想實現采摘的動作，首先要對果實進行識別，并且根據識別來定位果蔬果實的位置，進而執行采摘的動作。但是在實際的過程中，果蔬的果實是千差萬別的，不僅形狀、大小不一樣，而且果實的生長情況不同也會導致顏色不同，成熟的程度也不同，有的熟的比較透，而有一些還沒熟，通過視覺識別來對這么復雜的果實進行識別，效果確實不好。目前對果實進行識別，有一些方法，比如顏色識別法、區域識別等，但是這些方法都會受到光照條件的影響，在定位方面，也很難實現精準的定位，比如果實被樹葉遮擋以后，就難以準確的對其輪廓進行判斷，從而影響定位。

1.2采摘環境給采摘帶來不便

果蔬的生長環境一般都是自然環境當中，受到自然的影響比較大，比如在采摘過程中樹枝受到風的影響而不斷搖晃，那么機器人就無法準確的定位，也無法進行采摘動作，再比如受到枝葉遮擋的果蔬，采摘機器人難以識別，而且采摘的地形多變，機器人還需要具備一定的壁障能力。

1.3果實的損傷比較大

對于一些果實而言，在采摘過程中必須十分的小心才能不被破壞，一般在采摘機器人的手臂上安裝一定的力度感知器，可以讓其在采摘過程中不至于力度過大對果實造成損害，但是有的果實力度不足的話難以摘下來；還有一種方法是把果實的柄切斷，但是這種方法的弊端是刀的磨損比較嚴重，而且當空間比較小的時候，難以通過這種方法完成采摘。

1.4果實平均采摘周期長、效率低下

將果蔬采摘機器人應用到果蔬的采摘當中代替人力，一方面就是為了提高采摘的效率，但是實際應用中的效果并不好，采摘過程需要耗費較長的時間，雖然可以減少勞動力的疲勞強度，但是與人工采摘相比，單個果實的采摘速度機器人是遠遠落后于人力采摘的。

2.提高果蔬采摘機器人效率的措施

2.1改進識別系統

目前的識別方式以及算法無法精確的對果實進行識別，要研究出一種精度較高的視覺識別系統，使大部分的果實都能被識別出來并能夠準確的將其定位，這需要在多種技術上取得進展，要將圖像處理和傳感器技術進行進一步的發展，提高識別精度。

2.2改變果蔬栽培的模式

果蔬的栽培方式是人為可控的，我們可以將果蔬的栽培向著有利于采摘機器人工作的方向發展，要讓采摘機器人可以很好的移動和更加便利的對果蔬果實進行定位，以提高采摘的效率。

2.3提高機器人的機械結構

機械結構直接決定機器人運動的靈活性、平穩性和控制的復雜性。采摘機器人結構必須更加緊湊和簡化，優化機器人結構。提高機械手和末端執行器的柔性和靈巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果實的損傷率。

2.4開放式控制系統

采用開放式的控制系統，提高采摘機器人的通用性。只要改變機器人的機械本體和末端執行器，用一套控制系統就能完成不同果蔬的采摘， 從而提高控制系統的利用率、降低成本。

3.結語

從國內外果蔬采摘機器人的研究現狀來看，目前果蔬采摘機器人的研究正處于由試驗階段向實用推廣階段的過渡時期，我國在這方面的研究更是只處于起步階段。要想讓采摘機器人真正造福于人，必須進行更深入廣泛的研究，改進目前采摘機器人存在的問題與不足，研究開發采摘機器人的新功能新特點。另外，將開放式控制系統應用于采摘機器人是采摘機器人的發展趨勢之一。未來的采摘機器人將真正做到一機多用，不僅可以采摘多種果蔬還可以實現多種用途。 [科]

【參考文獻】

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