设施农业采摘机器人研究进展(2)

间相对狭小、密闭的限制，传统的大型农业机具难以直接改造应用。因此，设施农业采摘机器人从发展之初就形成了以专用的小型化运动平台以及采用微小型工业机器人为鲜明特点的发展模式。目前，日本、荷兰、英国等国家相继开发了番茄、草莓、黄瓜、蘑菇、葡萄等多种果蔬的采摘机器人。

国内外研究现状

番茄采摘机器人

番茄采摘机器人是研究的较早的一种设施农业采摘机器人。日本的Kondo[1，2]等人20世纪90年代研制的番茄收获机器人是较为典型样机。该采摘机器人由移动平台、机械手、末端执行器、视觉系统和控制部分组成。其中，移动平台采用四轮结构，可行走于番茄垄间。采摘机械臂采用7自由度的工业机器人。为了减少果实损伤，机械手的末端执行器由两个带有橡胶的机械手指和一个气动吸嘴组成。机器人利用彩色CCD摄像机采集番茄图像并判别果实是否成熟，然后通过双目立体视觉定位果实三维信息。对满足采摘条件的果实，吸嘴把果实吸住后机械手的腕关节转动把果实拧下。该番茄采摘机器人从识别果实到采摘完成，每个果实约需要15 s，成功率约为70%。但该机器人无法完成避障采摘，因此处于叶茎相对茂密的地方的成熟番茄无法采摘。

中国农业大学李伟等针对现代连栋温室研制了番茄采摘机器人。如图1所示，采用温室内的加温管道作为导轨，使机器人的导航更为简约可靠。采摘机械臂采用4自由度的轻型专用机械臂，经双目立体视觉判别并定位成熟果实后，通过末端气动式手指加持番茄果柄，在加持的过程中，手指上的刀片完成对果柄的切割。采摘成功率为90%。

草莓采摘机器人

日本的Kondo等2021年前后研制的草莓采摘机器人。如图2所示，该机器人的果实目标视觉识别系统由3个VGA彩色相机和4个带有偏正滤光片的卤素灯组成。两个相机构成立体视觉获取草莓的颜色和距离信息。由于草莓的果柄直径较小，不易被固定的双目视觉系