果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策

皆彦吉

（云南省玉溪市澄江县农业局，云南 玉溪 652599）

当前进行果蔬采摘是农业生产中最耗费人力与物力的事情，存在成本高且季节性强，需耗费大量劳动力。工业生产的高速发展分流了许多农业劳动和人口老龄化增多的因素，使得农业生产的劳动力逐渐减少，只依靠人工劳作不能达到当前的要求。计算机图像处理技术与智能控制理论的发展，使得运用机器人采摘果蔬变为可能。

1 果蔬采摘机器人的研究状况

（1）国外研究情况。最先使用机器人技术进行果蔬收获的是国外研究学者，近阶段，存在的机器人只能算是半自动化收获机械。以下是国外研制出的采摘机器人：①西红柿采摘机器人。在20世纪90年代，最先由日本研发并应用西红柿收获机器人，为蔬菜采摘工作提供了极大地便利性。其主要是由机械手与末端执行器构成，并且在此基础上还利用了视觉传感器及移动设备来保证西红柿采摘机器人能够在发现西红柿时移动到该位置进行采摘。②草莓采摘机器人。气吸式草莓采摘机器人是日本研发出来的，实验证明运用真空设备可在一定程度上补偿摄像机检测果实的位置误差，可有效降低跟果实娇嫩表皮的接触。③黄瓜采摘机器人。通常情况，进行采摘黄瓜会采用6自由度机械手，此机械手可以在专一的机械化采摘环境下，进行棚支架下工作。可以在末端执行器上装上果梗探测器和切割器及机械手指，在进行采摘时，只需机械手将其黄瓜抓住，其次果梗探测器便可以寻找果梗，之后切割器将果梗切断，采摘完成。

（2）国内研究情况。我国对于研究采摘机器人较为晚，与当前发达国家相比较，存在一定的差别，随着我国众多院校与研究学者的共同努力下，获得可一定的成绩。我国农业大学的一些学者研制了6自由度黄瓜采摘机器人，此机器人是在RGB三基色模型的G分量前提下，对图像实行了分割，在独有的提取后将黄瓜采摘点确定了。与此同时，提出了全新的自动化采摘斜栅网架式黄瓜栽培方式。还有一些学者研究了苹果采摘机器人，并且研发出一整套果实识别视觉系统，研究成功了一种运用二值图像来分割正确率大于80%的彩色图像处理技术。

2 采摘机器人存在的问题

（1）果实识别率与定位精度偏低。果实的各方面情况存在差异，并且果实总是随机分布生长，为果实的识别带来较大的困难，当前识别果实的方法有以下几种：灰度阈值荷颜色识别以及区域识别。前面两种方法都是根据果实的光谱反射特性完成的，所以非常容易受到自然光照的影响。但是区域定位模式，需要目标拥有健全的边界条件。然而果实会被枝干与叶子挡住，非常不容易辨别健全的轮廓。

（2）采摘环境非结构为采摘带来困难。由于就存在果实是在自然环境中成长的，因此，对于采摘果实将会受到自然环境改变。

（3）对果实损伤率高。果实较为娇嫩，在进行采摘时，机器人的末端执行器上安装传感器来实现感知抓取的目的。然而，在实际操作中依然不能躲避对果实产生的抓取伤痕。

3 解决方案

为了能更好地解决这些问题，需解决约束采摘机器人的发展原因，可从以下几个方面进行探索与研究：

（1）研制有效的视觉系统系统。需研究出具备高效率的视觉系统技术，可使得成熟果实识别出来并能精确定位，需在三维立体视觉和视觉传感器以及图像获取中进一步研究。另外，需建立在三维立体视觉和视觉传感器以及图像获取等方面，进而能更深入的研究。

（2）寻找有效的果蔬栽培模式。可在一定程度上有效研制采摘机器人对果蔬的栽培方式，经减小作物生长环境的非结构化与繁琐性，有助于采摘机器人的视觉定位与移动。

（3）选择适合的机械结构。果蔬采摘机器人直接决定机器人运动的灵巧性与掌控的繁琐性。使得采摘机器人更加简洁与紧凑，更新机器人结构。提升图像处理的速度，更新软件算法，减小机器视觉在整体采摘中占据的时间，提升采摘效率。运用开放式状况系统，提高采摘机器人的通用性。

4 结语

综上所述，根据国内外对果蔬采摘机器人的研究可看出，当前果蔬采摘机器人处理试验转向推广的过渡阶段。如果想让采摘机器人为人所用，需更近一步的研究。