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水果采摘机器人研究进展

摘要：近几年，我国农业发展的需求不断增加，而采摘效率已经成为制约农业发展的一重要因素。水果采摘机器人作为新兴科技，能极大提高农产品的采摘效率。本文着重阐述了水果采摘机器人的发展现状。通过对近几十年的几种水果采摘机器人的结构、工作方式的研究，总结出水果采摘机器人的特点以及现阶段的一些不足，同时对水果采摘机器人的缺陷提出一些建议。

关键词：水果；采摘；机器人；研究进展

1 引言

近年来，随着我国了乡村振兴战略的深入实施，我国农业逐步走向现代化和智慧化。同时，水果的产出和需求逐年增加，带动了水果产业的迅速发展。从上世纪90年代到本世纪来，我国水果产业经过漫长的发展，现产量已稳居世界第一，但仍然不可避免的面临着人工成本高、产业化水平低以及商品化程度低等一系列问题，导致水果价格屡增不减，极大的限制了水果产业的高质量发展^[1-5]。因此，解决人工成本过高问题、提升果农收入、实现水果产业高质量发展迫在眉睫。而解决水果采摘问题更是解决人工成本过高这一问题的关键。以苹果和柑橘这两种种植规模最大、最具代表性的水果为例，国家统计局数据显示2016我国果园种植面积高达1298.2 万hm²，其中苹果种植面积233.6万hm²,占总面积的18%。柑橘种植面积259.6万hm²,占总面积的20%^[6]。但就算是占比如此之大的水果，其采摘工艺仍然不尽如意，其采摘工作就已经占据整个生产过程工作量的40%，费用更是占成本比例的50%-70。与此同时，受到人口老龄化和农业劳动力向工业、服务业的转型的影响，从事水果采摘的人数严重不足，与日足具的水果需求增长与采摘人口的不足之间的矛盾日益明显，造成水果长期滞留腐败，对后续的存储、运输、销售造成了极大的影响，严重的浪费了社会和生态资源，限制了水果产业的高质量发展^[10-12]。因此，更加便利、效率的水果采摘机器人的研发具有重大的意义。

2 国内外研究现状

2.1 国内现状

自上世纪90年代开始，我国逐步开始进行采摘机器人得研究，并取得了一定得研究成果。采摘机器人也已经有了明确的定义，水果采摘机器人是一种具有感知能力的自动化机械收获系统，能够依靠编程完成水果的采摘、转运、打包等相关作业任务^[13-15]。水果采摘机器人一般由传感器系统、检测与控制系统、机械臂、移动平台、末端执行器和视觉系统等关键部分组成。其系统设计要求涉及到机器人动力学、机器人运动学、机械设计、传感器检测、机器人自主导航等多领域知识^[16-18]。