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农业生产机械化课程论文论文题目：果蔬采摘机器人国内外研究现状学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：年 月 日 果蔬采摘机器人国内外研究现状摘要 果蔬采摘机器人是实现农业机械化的一项重要科学技术。全面了解果蔬采摘机器人的国内外发展情况，同时分析国内外果蔬采摘机器人的研究进展与现状并找出其所存在的问题以及提出相应的解决方法，而且指出人机协同操作的重要性和采摘机器人未来发展对实现农业现代化的重要性和实用性。关键词；果蔬机器人 问题 发展 Fruit picking robot is an important science and technology realization of Agricultural Mechanization。A comprehensive understandingof the development situation of fruit and vegetable picking robots at home and abroad.At the same time analysis research progress and status at home and abroad of harvesting robot And find out the existing problems and put forward the corresponding solving methods, Pointing out the importance of the man-machine coordinated operation and Picking robot on the future development of the realization of the importance and usefulness of the modernization of agriculture.Key words;Fruit picking robot problem progress引言； 随着社会的不断发展，工业化水平越来越高，我国农业也在逐步发展，而且随着我国的农业装备向智能化、自动化方向发展,对农业机器人的研究显得非常重要，同时随着计算机与自动控制化技术发展，使得果蔬采摘自动化成为可能，因为它是农业生产链中最耗时耗力的一个环节，其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作1，因此就更加需要果蔬机器人的出现。在国际上，一些以日本和美国为代表的发达国家，已经从20世纪80年代开始研究果蔬采摘机器人，并取得了一些成果。而我国在该领域中的研究还处于起步阶段，各个方面并不完善且存在很多问题制约我们的发展，因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平，使其为我国农业的生产和发展做出重大贡献。 果蔬机器人的含义：果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜,可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统,是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学,需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面学科领域知识2。一 国内研究现状 1 发展特点 我国对果蔬采摘机器人的研究起步较晚，始于 20 世纪 90 年代中期，主要集中在高等院校中进行研究，近年来，我国在采摘机器人研究方面与国外相比，差距逐渐减小。随着我国科技的进步， 对他的要求也越来越高，农业机械化水平也在不断提高，然而在果蔬方面晚。但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。受到各方面的制约，只在高等院校中进行出现，科技运用方面比较单一，而且果蔬机器人只在针对水果蔬菜方面，就需要更大的协调能动性，而我们在这方面不强，进而形成了科研有一定成绩，然而实际利用效果弱，发展缓慢或停顿的局面。但是我们也取得了一定的进步。2 取得成果 目前，比较典型的有番茄采摘机器人、草莓采摘机器人、葡萄采摘机器人及林木球果采摘机器人等。在学者的努力下也取得了一些进步，例如 （1）中国农业大学的汤修映等人研制了一个6自由度黄瓜采采摘机器人，该机器人基于RGB三基色模型的G分量来进行图像分割，在特征提取后确定黄瓜的采摘点。同时提出了新的适合自动化采摘的斜栅网架式黄瓜栽培模式； （2）浙江大学提出了基于彩色信息和红外热成像技术的树上水果识别方法；并且对7自由度番茄收获机械手进行了机构分析与优化3；（3）南京农业大学的姬长英等人在番茄采摘中运用了双目立体视觉技术对红色番茄进行定位上海交通大学的曹其新等运用彩色图像处理技术和神经网络理论，开发了草莓拣选机器人；（4） 江苏大学的陈树人和尹建军等提出了基于彩色柱状图算法的番茄采摘机器人视觉系统。（5）赵杰文等研究了基于HIS颜色特征的田间成熟番茄识别技术等等。二 国外研究现状 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，而且也取得了较大成功，获得突破性的进展，进而使得外国的农业机械化取得巨大成功国外农业机器人发展迅速 ；而且自 1983年第1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。 例如：(1)日本近藤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行定位，利用机械手的腕关节把果实拧下4；(2)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；(3)日本国立蔬菜茶叶研究所与岐阜大学联合研制了茄子采摘机器；(4)荷兰农业环境工程研究所(谢AG)研制出一种多功能黄瓜收获机器人.三 果蔬采摘机器人的主要问题和关键技术1 主要问题 虽然果蔬收获机器人的研究已经取得了很大的进展，但离实用化和商品化还有很长一段距离，主要出现的问题表现在以下的方面，果实的识别率不高或识别后定位精度不高。果实的损伤率较大。果实的平均采摘周期较长。目前的果实收获机器人由于视觉、结构及控制系统等原因，大多数采摘机器人的不高5。采摘机器人的制造成本较高，设备利用率低，使用维护不方便,易浪费。5农民的文化水平不高；对其了解不够，6大多数人不会操作，推广强度不够只在科研机构中使用，7，体积大，不易操作，易耗损更多不必要的能量，造成资源浪费。8 前的果实收获机器人由于图像处理、定位精度、控制系统等原因，大多数收获机器人不把作业效率作为主要的性能指标.2 关键技术 （1)智能化的果实识别和定位.开发智能化的图像处理算法，以消习，是在无监督情况下具有自适应性与自学习能力，能将采集到的信息加以存储建立起数据库6，以对图像进行智能化处理。 (2) 机械本体的优化设计;通用性和灵活性强，系统简单、成本低、可控性好、易于操作和维护；可以实现果蔬的无损采摘。当前，大部分的采摘机器人借用的工业机械手，体积较大，成本高,不易操作。 （3）开放式的控制系统体系结构，构建开放式的控制系统，在硬件上要为用户提供标准的控制平台以及丰富的外围接口，而且易于扩展，以适应不同的机器人本体。系统的软件应在标准操作系统下采用标准的语开发，做到可移植，易修改、重构及扩展，并能提供公开的用户接口和程序接口7。四 解决问题和办法 原因； 果蔬收获属于一类劳动密集型工作，在很多国家，由于劳动力的高龄化和人力资源越来越缺乏，劳动力不仅成本高而且还不容易得到，而人工收获在果蔬的整个生产成本中所占的比例高；因此实现果蔬收获的机械化变得越来越重要，就有必要寻求一些解决的办法，使得它的发展更加迅速 方法及途径； (1) 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必要时可以采用人机协作模式 就需要在三维立体视觉技术、视觉传感器技术、图像获取和处理等方面进行更深入的研究8 (2)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8 (3)可以考虑改变作物的栽培模式通过降低作物生长环境的非结构化和复杂性便于采摘机器人的视觉定位提高采摘的成功率构。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8 (4) 采用开放采用开放式结构的控制系统 以控制不同农业生产所需的不同机器人机械部分末端执行器和传感器 ， (5)要提高采摘机器的通用性使得同一台机器人可以完成不同的作业任务从而使结构的控制系统以控制不同农业生产所需的不同机器人机械部分末端执行器提高机器人的利用率9 （6）让体积尽量缩小，人们便于操作并推广机械化所带来的好处，尽量使资源得到最大化合理运用。 五 国内外发展趋势 1发展趋势 随着科学技术的发展，采摘图像处理技术和电子技术开始应用于农业机械领域，果蔬采摘机器人的研究得到了快速的发展。但是国外在果实收获机器人领域研究内容和成果较多。我国在此领域起步较晚，研究成果也较少。上海交通大学与日本宫崎大学共同研制设计了高地隙的跨垄作业4自由度的草莓收获机器人10，目前果蔬果实收获机器人的研究仍处于试阶段，离实际应用还有一定的距离，实际生产中的收获作业要求机器人不仅减轻劳动强度，而且更要提高作业效率。就需要现在我们的科学家更加的努力专业出一种新型的方法来解决，现在国内外的科学家都致力于这方面的研究，因此大部分果蔬采摘机器人还处于研究阶段，离实用化和商品化还有一定的距离。在采摘机器人的智能化果实识别和定位、机械本体的优化设计、路径规划和运动控制技术、开放式的控制系统体系结构等方面有待进一步的研究。随着农业工厂化经营模式的推广和采摘机器人成本的降低，采摘机器人技术的最终成熟，进一步实现商业化应用，推动现代农业向着装备技术精细化、自动化、智能化方向的发展，而且采摘机器人也能更加的贴近现实生活。2 前景 工业机器人产业是通过科技和新兴产业的深度结合，仍处产业生命周期曲线的快速成长期阶段，而其产业化的快速发展与商业模式密不可分。工业机器人产业已经具备了基础技术条件，足以支撑产业化快速发展，从为果蔬机器人的发展也奠定良好的基础和发展条件，而进行了大规模市场拓展如今，众多的商业模式创新经验在信息技术、互联网技术基础积累，而且果蔬机器人的应用也会更加广范，变得实用性和基础性，给人们带去便利，使我国和世界的机械化水平增强.结束语； 未来发展情况中，销售成本与系统成本、使用成本之间的矛盾是制约采摘机器人未来发展与应用推广的键关难题，目前国内外对此无论在基础研究还是在应用研究上尚无十分有效的解决思路和方案，但是在未来特别是在设施农业的生产过程中，机器人的使用将会成为农业向自动化和智能化发展的重要标志。在21世纪，农村劳动力逐渐向社会其它行业转移，世界各国面临人口老龄化的问题，劳动力的不足将成为事实。尤为重要的是温室内的环境较差，收获作业的劳动强度大，因此研究农业机器人特别是果实采摘机器人具有重要的历史意义.参考文献: 1张洁，李艳文.果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策J .机械设计.2010, 27(6);1-42 王丽丽，郭艳玲，王迪，刘幻，果蔬采摘机器人研究综述J， 林业机械与木工设备，2009,37（1）;11-153袁志英 陈 进 郭 鹏 陈燕英.果蔬采摘机器人的发展现状问题及对策分析D.杭州.中国农业机械学会.2012年10月27日 4刘长林，张铁中，杨丽，果蔬采摘机器人研究进展J.安徽农业科学.2008，36(13)5陈磊，陈帝伊，马孝义，果蔬采摘机器人的研究J，农机化研究，2011,33（1）6Qiao，JunSasao，AkiraShibusawa，Sakae，et a1Mappingyield and quality using the