日本的果蔬采摘机器人

      采摘是水果和蔬菜生产中最重要的环节之一，直接影响到果蔬的市场价值。自1983年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经20多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。

    目前，日本在水果采摘机器人领域中研究颇丰，其研究出的采摘机器人主要有以下几类。

    1．西红柿采摘机器人

    日本Kondo—N等人研制的西红柿收获机器人，由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构等组成。西红柿一簇可长4-6个果实，各个果实不一定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手设计成具有7自由度，能够形成指定的采摘姿态进行采摘。末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成；视觉传感器主要由彩色摄像机来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位；移动机构采用4轮结构，能在垄间自动行走。采摘时，移动机构行走一定的距离后，就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断西红柿是否在收获的范围之内，若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实。

    2．草莓采摘机器人

    Kondo-N等人还针对草莓的不同栽培模式(高架栽培模式和传统模式)研制出了相应的采摘机器人。高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用。该机器人采用5自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器。收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入；由3对光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘。

    3．黄瓜采摘机器人

    黄瓜采摘机器人，采用6自由度的机械手，能在倾斜棚支架下工作，这种支架栽培方式是专门为机械化采摘而设计。黄瓜果实在倾斜棚的下侧，便于黄瓜与茎叶分离，使检测与采摘更容易。在摄像机前加了滤波片，根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。其末端执行器上装有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时由机械手指抓住黄瓜后，果梗探测器寻找果梗，然后切割器切断果梗。

    4．多功能葡萄采摘机器人

    葡萄采摘机器人采用5自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动。视觉传感器一般采用彩色摄像机，采用PSD三维视觉传感器效果更好些，可以检测成熟果实及其距离信息的三维信息。在开放式的种植方式下，由于采摘季节太短，单一的采摘功能使得机器人的使用效率太低，因此开发了多种末端执行器，如分别用于采摘和套袋的末端执行器、装在机械手末端的喷嘴等。用于葡萄采摘的末端执行器有机械手指和剪刀，采摘时，用机械手指抓住果房，用剪刀剪断穗柄。

    除了以上介绍的几种类型的采摘机器人，日本还开发了用于柑橘采摘、蘑菇和西瓜收获等的机器人。目前，果蔬采摘机器人的智能水平还很有限，离实用化和商品化还有一定的距离。主要存在的问题，一是果实的识别率和采摘率不高，损伤率较高；二是果实的平均采摘周期较长；三是采摘机器人制造成本较高；随着传感器及计算机视觉等技术的发展，果蔬采摘机器人的研究还需在以下几个方面进行努力：一是要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位；二是提高机械手和末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率；三是要提高采摘机器人的通用性，提高机器人的利用率。

 发表于2005年第10期《农业机械》

沈阳辽中王素霞抄袭论文。其发表在《河北农机》2007年第6期的《日本的果蔬采摘机器人》抄袭《农业机械》2005年10月的《简述日本果蔬采摘机器人》。要求杂志社及王素霞向本人公开道歉。
沈阳辽中王素霞抄袭论文。其发表在《河北农机》2007年第6期的《日本的果蔬采摘机器人》抄袭《农业机械》2005年10月的《简述日本果蔬采摘机器人》。要求杂志社及王素霞向本人公开道歉。