果蔬采摘是一项季节性强、操作复杂且劳动强度极高而效率又极低的工作。据调查，果蔬采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的 33%～50%，而目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。因此，研究果蔬采摘机器人对缓解农村劳动力缺乏、节省人工成本、提高果蔬采摘效率有着重要的意义。

1 国内外研究现状及发展趋势

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。

1.1 国外的研究现状

1.1.1 番茄收获机器人

1）日本冈山大学 1991 年研究了一种番茄收获机器人，它由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构组成。机器人利用机器视觉对果实进行判别，采用五自由度垂直多关节机械臂和能够上下、前后移动的二自由度直动关节，以避让茎叶接近目标果实，吸盘吸住果实后退回，将目标果实和其他果实分离，末端执行器以和吸盘相同的速度前进，使机械手抓住果实，***后通过机器臂的腕关节旋转，将果实摘下。

2）日本岛根大学研究了樱桃番茄选择性收获机器人，这个机器人由安装在电动车上的机械臂、末端执行器、三维视觉传感器和计算机组成。三维视觉传感器是安装在末端执行器上的，以利用机械臂和末端执行器的运动，进行正面扫描和茎叶的间隙里的侧面扫描，来收获茎叶后的果实；末端执行器采用的是柔性软管，可以左右摆动避让在收获过程中的障碍物。

1.1.2 黄瓜采摘机器人

1）荷兰的IMAG研究所开发了收获和摘叶同时进行的机器人，其机械臂为七自由度垂直多关节型，移动机构沿行进方向平行滑动，可以保证机构不干扰视觉传感器。其末端执行器由 3 把电热刀和围着主茎配置的气动驱动器组成，电热刀的安装位置使其可以从 3 个方向围住主茎，电热刀上方有 V 字形引导器。首先，视觉传感器识别需要摘除的叶子及其主茎，检测出其位置，接近被摘叶下方的主茎。电热刀的引导器沿主茎向上滑动，叶柄总可以接触到 3 个电热刀中的一个，叶柄和电热刀一接触上，电流立即导通，烧断叶柄，摘除叶子。利用热切断叶柄，还能对切断部位消毒，可以防止病菌从切口侵入。这种机器人的采摘速度为45 s/根，成功率约为80%。

2）冈山大学和井关农机株式会社于1991年合作研究了黄瓜收获机器人，这款机器人的研发是农机农艺相融合的成果。首先，为使机器人容易进行收获作业，改进了黄瓜的栽培方式——将传统的栽培方式倾斜化，用支柱等支撑茎叶，只让果实露在棚架的下方，达到果实和茎叶分开的目的，以利于黄瓜的采摘。这台机器人由可进行果实识别和位置检出的视觉传感器、七自由度极坐标型机械臂、可夹持果实并检出和剪断果梗的末端执行器以及移动机构构成。 

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