QUICK—采摘机器人设计研究

摘 要：随着新农村土地承包计划的实施，农业生产中越来越需要先进的生产技术和农业机械装备。新的农业生产模式和新技术的应用促进了农业机械的不断更新和快速发展，研究和应用新型农业机械的技术条件日趋成熟。本文主要研究果园内采摘过程中存在的安全以及效率的问题，并提出合理的解决方案。

关键词：采摘机器人；农业机械；设计

我国是个农业大国，对农业机械装备的需求量比较大。随着新农村土地流转计划的实施，在农业生产种植过程中，对农业机械装备的要求越来越高，更多的希望依靠机器来完成劳动，从而解放人力劳动。机器人则成为很好的设计对象，通过研究机器人来解决现有农业生产过程中存在的对环境健康以及人的安全威胁等问题，引用新技术实现机器人智能化，通过编制相应程序使得机器人来完成工作，代替人类的劳动力，进而实现解放劳动力。

1 采摘机器人市场背景研究

机器人研究最早开始于工业，在农业机器人研究方面，国外开始研究较早，发展迅速，已研制出多种农业生产机器人。我国农业机器人研究起步较晚，研究过程中存在着许多问题，与发达国家相比，存在一定的差距，但是也取得了一定的进步。

20世纪90年代，美国研制成功第一台番茄采摘机器人，到后来用于采摘苹果、葡萄、柑橘的智能机器人，再到最近英国剑桥大学研制出的水果采摘机器人，各国人士都在为之坚持不懈的进行努力，采摘机器人在理论研究方面已经取得很大的进步，采摘机器人作为农业机器人研究的其中一个重要研究内容，其重要性不可以忽视。

水果采摘是生产过程中最为耗时耗力的环节，解决水果采摘的问题就颇为重要。就目前的采摘机器人的设计而言，缺少灵活性和现代感，大多数是比较笨重、原始化的外观造型，缺少时尚高效的造型语义。

2 采摘机器人现有产品研究

通过查阅相关资料，总结现有采摘机器人具有以下特点：

作业对象娇嫩、易脆，形状复杂且个体之间的差异性大；

采摘对象大多数被树叶、树枝等掩盖，增大了机器人视觉定位难度，降低采摘成功率，同时对机械手的避障提出了更高的要求；

采摘机器人工作在非结构化的环境下，环境条件随着季节、天气的变化而发生变化，环境信息完全是未知的，开放的，对机器人的智能控制水平要求高；

采摘对象是有生命的、易脆的生物体，要求在采摘过程中对果实无任何损伤，这就要求机器人的末端执行器具有柔顺性、灵巧性；

采摘机器人的价格高。高智能导致高成本，并且采摘机器人的使用具有短时间、周期性，利用率不高，对于农业生产来讲，高价格是农民或农业经营者无法接受的，这也是限制采摘机器人推广使用的重要因素。

现代采摘机器人多为自主型智能采摘机器人，主要分为机械手，行走结构、自主导航、末端执行器和目标探测与定位。

3 用户调研

本次研究以河南省某一梨园为调研地，重点解决摘梨过程中存在的劳动者安全以及效率问题。通过观察法和访谈法获得用户需求，并运用五分法对用户需求进行重要度分析。

果农对于采摘机器人的要求为以下几点：1、适用于高空采摘；2、能够暂时储存和短途运输。

4 采摘机器人设计

采摘机器人主要服务人群为果农，从事果树种植，经济收入并不是很高，大部分收入都是来自种植所得。每天都会到果园里进行作业，帮助减轻劳累是十分有必要的。设计的采摘机器人要能够满足果农的使用需求，在外形、结构方面要适用于果园内环境的使用。

（1）使用场所定位。果农的作业范围一般都是在果园内，采摘机器人工作环境经常为穿梭在每棵果树之间。设计的这款采摘机器人，使之与果园内部环境融合，不要太冲突抢眼。

（2）使用方式定位。这款采摘机器人的使用为智能操作使用，设置简单的操作步骤。机械臂运用章鱼腿的意向，设计灵活多动的造型；末端执行器内置定位检测系统，直接可以近距离监测，防止遗漏掉水果，设置传送带机构，将采摘后的水果传送至机器人内部专门所设的暂时储存的空间，在由其传送至后置的小车。

（3）数字模型展示

本次设計基于采摘过程中存在的安全以及效率问题而设计的，让机器人代替人力劳作，希望解决劳动过程中解放人力的问题，提高农业机械的精准作业能力，提高农业生产的效率。

参考文献

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[2]段向敏，代荣.精确农业背景下我国农业机械发展趋势[J].农机化研究，2013，12.

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[5]崔勇.农业机器人的研究与应用浅探[J].江西省农业机械研究所，2008.

作者简介

曹闪闪（1994—），女，汉族，广东省广州市，研究生在读，设计学学硕士，广东工业大学艺术与设计学院，研究方向：设计研究。