关于果蔬采摘机器人的研究探讨

李祥亮

【摘 要】在农业领域，人力采摘果蔬的果实需要耗费相当大的人力物力，在工业生产浪潮下，实现农业果蔬采摘机械化已经是一种趋势。本文就目前果蔬采摘机器人的现状进行了探讨。

【关键词】果蔬采摘机器人；识别率；定位；末端执行器

在农业生产中，果蔬的栽培和生长需要用较长的时间来进行，当果蔬成熟之后，又需要耗费大量的经历来对其进行采摘，如果采摘不恰当，对果蔬造成了损害，就会造成一定的经济损失。果蔬的采摘工作是一项需要耗费很多劳动力的过程，而且在工业生产快速发展的今天，从事农业活动的人已经越来越少，如果人力不足的话，对于果蔬的采摘是一个严重的问题，但是仅仅依靠人力也已经满足不了现代生产的需求。在计算机技术和相关信息技术的快速发展带动下，由机器代替人来进行农业采摘工作，已经不是那么遥远的事情了，以我们现在的技术已经完全可以实现，而这种机器就是果蔬采摘机器人。

这类机器人可以通过相关的机械和预先设计好的程序，自动的对果蔬进行采摘等工作，实现这项工作，涉及很多交叉学科，比如机械学科、电子信息、传感器、视觉信息处理等，这些技术的综合使用，使得采摘机器人能够代替人来完成對成熟果蔬的采摘任务。而且，与人力采摘相比，采摘机器人有很多的优势，比如机械化的采摘可以缓解劳动力不足、劳动强度过大的问题，减轻了农业劳动者的负担，人力采摘的时候要接触农药等有害物质，采用机器可以避免人接触这些物质，保护人的安全，而且机器采摘目前已经可以达到较高的采摘质量和效果，可以较长时间连续运行，提高了果蔬的采摘效率，创造了更多的经济价值，可以说，果蔬采摘机器人已经是国际上发展的一个热点。我国在采摘机器人方面的研究还处于起步阶段，而很多西方国家在二十世纪八十年代就开始研制了，因此，在这方面，我们国家还需要加快脚步。

1.采摘机器人目前存在的问题

1.1果蔬的识别率较低、定位精确度不高

果蔬采摘机器人要想实现采摘的动作，首先要对果实进行识别，并且根据识别来定位果蔬果实的位置，进而执行采摘的动作。但是在实际的过程中，果蔬的果实是千差万别的，不仅形状、大小不一样，而且果实的生长情况不同也会导致颜色不同，成熟的程度也不同，有的熟的比较透，而有一些还没熟，通过视觉识别来对这么复杂的果实进行识别，效果确实不好。目前对果实进行识别，有一些方法，比如颜色识别法、区域识别等，但是这些方法都会受到光照条件的影响，在定位方面，也很难实现精准的定位，比如果实被树叶遮挡以后，就难以准确的对其轮廓进行判断，从而影响定位。

1.2采摘环境给采摘带来不便

果蔬的生长环境一般都是自然环境当中，受到自然的影响比较大，比如在采摘过程中树枝受到风的影响而不断摇晃，那么机器人就无法准确的定位，也无法进行采摘动作，再比如受到枝叶遮挡的果蔬，采摘机器人难以识别，而且采摘的地形多变，机器人还需要具备一定的壁障能力。

1.3果实的损伤比较大

对于一些果实而言，在采摘过程中必须十分的小心才能不被破坏，一般在采摘机器人的手臂上安装一定的力度感知器，可以让其在采摘过程中不至于力度过大对果实造成损害，但是有的果实力度不足的话难以摘下来；还有一种方法是把果实的柄切断，但是这种方法的弊端是刀的磨损比较严重，而且当空间比较小的时候，难以通过这种方法完成采摘。

1.4果实平均采摘周期长、效率低下

将果蔬采摘机器人应用到果蔬的采摘当中代替人力，一方面就是为了提高采摘的效率，但是实际应用中的效果并不好，采摘过程需要耗费较长的时间，虽然可以减少劳动力的疲劳强度，但是与人工采摘相比，单个果实的采摘速度机器人是远远落后于人力采摘的。

2.提高果蔬采摘机器人效率的措施

2.1改进识别系统

目前的识别方式以及算法无法精确的对果实进行识别，要研究出一种精度较高的视觉识别系统，使大部分的果实都能被识别出来并能够准确的将其定位，这需要在多种技术上取得进展，要将图像处理和传感器技术进行进一步的发展，提高识别精度。

2.2改变果蔬栽培的模式

果蔬的栽培方式是人为可控的，我们可以将果蔬的栽培向着有利于采摘机器人工作的方向发展，要让采摘机器人可以很好的移动和更加便利的对果蔬果实进行定位，以提高采摘的效率。

2.3提高机器人的机械结构

机械结构直接决定机器人运动的灵活性、平稳性和控制的复杂性。采摘机器人结构必须更加紧凑和简化，优化机器人结构。提高机械手和末端执行器的柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率。

2.4开放式控制系统

采用开放式的控制系统，提高采摘机器人的通用性。只要改变机器人的机械本体和末端执行器，用一套控制系统就能完成不同果蔬的采摘， 从而提高控制系统的利用率、降低成本。

3.结语

从国内外果蔬采摘机器人的研究现状来看，目前果蔬采摘机器人的研究正处于由试验阶段向实用推广阶段的过渡时期，我国在这方面的研究更是只处于起步阶段。要想让采摘机器人真正造福于人，必须进行更深入广泛的研究，改进目前采摘机器人存在的问题与不足，研究开发采摘机器人的新功能新特点。另外，将开放式控制系统应用于采摘机器人是采摘机器人的发展趋势之一。未来的采摘机器人将真正做到一机多用，不仅可以采摘多种果蔬还可以实现多种用途。 [科]

【参考文献】

[1]熊俊涛，邹湘军，王红军，彭红星，朱梦思，林桂潮.基于Retinex图像增强的不同光照条件下的成熟荔枝识别[J].农业工程学报，2013，12：170-178.

[2]杨庆华，王燕，高峰，鲍官军，荀一，钱少明，张立彬.基于摆线运动的黄瓜采摘机器人终端滑模轨迹跟踪控制[J].农业工程学报，2009，05：94-99.