安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(13):5394-5397 责任编辑 刘月娟 责任校对 马君叶

果蔬采摘机器人研究进展

刘长林,张铁中,杨丽

(中国农业大学,北京100083)

摘要 综述了果蔬采摘机器人的国内外研究现状,介绍了目前大部分典型的果蔬采摘机器人的研究成果。通过分析大部分采摘机器人的工作情况、功能、存在问题,指出了目前采摘机器人的应用与研究过程中的主要难点与制约因素,提出了研究开发的方向与关键技术。关键词 果蔬采摘;机器人;研究进展;关键技术

中图分类号 S225 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)13-05394-04

ResearchProgressonPickingRobotforFruitsandVegetablesLIUChang linetal (ChineseAgriculturalUniversity,Beijing100083)

Abstract Thecurrentsituationofresearchonfruitandvegetablepickingrobotathomeandbroadwassummarized,theparticularlyfocuswereonthere searchresultsofmosttypicalpickingrobots,includingrobotprincipleandstructure.Throughanalyzingtheworkingcondition,functionandproblemsofmostofpickingrobot,thepresentdifficultiesandrestrictedfactorsofpickingrobotinitsresearchandapplicationwerepointoutandtheresearchdirectionandkeytechnologyinfuturewereprovided.

Keywords Fruitandvegetablepicking;Robot;Researchprogress;Keytechnology

果蔬采摘作业是果蔬生产中最耗时、最费力的一个环节。果蔬收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50%~70%。随着社会经济的发展和人口的老龄化,很多国家农业劳动力严重短缺,导致果蔬生产劳动力成本增加。为降低成本,提高劳动效率,果实采摘的自动化成为亟待解决的问题。收获作业自动化和机器人的研究开始于20世纪60年代的美国,采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式,其缺点是果实易损,效率不高,特别是无法进行选择性的收获[1]。20世纪80年代中期以来,随着电子技术和计算机技术的发展,特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和

人工智能技术的日益成熟,以日本为代表的发达国家,包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家,在收获采摘

机器人的研究上做了大量的工作。1 国外研究进展

1.1 西红柿采摘机器人 日本近藤(KONTO)等研制的番茄采摘机器人,由机械手、末端执行器、视觉传感器、移动机构组成(图1)。该采摘机器人采用了7个自由度机械手。用彩色摄像机作为视觉传感器,寻找和识别成熟果实,并采用双目视觉方法对果实进行定位,利用机械手的腕关节把果实拧下。移动系统采用4轮机构,

可在垄间自动行走。该番茄采

图1 日本的番茄采摘机器人Fig.1 Tomatopicking robotmadeinJapan

摘机器人采摘速度大约是15s/个,成功率在70%左右。主

要存在的问题是当成熟番茄的位置处于叶茎相对茂密的地方时,机械手无法避开叶茎障碍物完成采摘[2-3]。

在2004年2月10日美国加利福尼亚州图莱里开幕的世界农业博览会上,美国加利福尼亚西红柿机械公司展出2台全自动西红柿采摘机(图2)。如果西红柿单位面积产量有保证的话,那么这种长12.5m、宽4.3m的西红柿采摘机每分钟可采摘1t多西红柿,1h可采摘70t西红柿。这种西红柿采摘机首先将西红柿连枝带叶割倒后卷入分选仓,仓内能识别红色的光谱分选设备挑选出红色的西红柿,并将其通过输送

基金项目 国家自然科学基金资助项目(60375036)。

作者简介 刘长林(1979-),男,吉林榆树人,博士研究生,研究方向:农

业机器人和生物生产自动化。

收稿日期 2008 03

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图2 美国的番茄采摘机器人

Fig.2 Tomatopicking robotmadeinAmerica

带送入随行卡车的货舱内,然后将未成熟的西红柿连同枝叶