機(jī)器人手爪對農(nóng)業(yè)的影響

新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)器人將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍。采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一個重要類型，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。農(nóng)業(yè)機(jī)械化正在向智能化發(fā)展。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化、多樣化和精細(xì)化，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的要求逐漸提高，許多作業(yè)(如蔬菜水果的挑選和采摘、蔬菜的嫁接等。都是勞動密集型的工作。再加上季節(jié)性要求，保證作業(yè)質(zhì)量成為關(guān)鍵問題。同時，隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動力將逐步向社會其他行業(yè)轉(zhuǎn)移；隨著人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加，大大降低了產(chǎn)品的市場競爭力。

水果采摘是水果生產(chǎn)鏈中最費(fèi)時費(fèi)力的環(huán)節(jié)。采摘具有季節(jié)性、勞動強(qiáng)度大、成本高等特點(diǎn)，保證果實(shí)及時采收，降低采收成本，是增加農(nóng)業(yè)收入的重要途徑。由于揀選作業(yè)的復(fù)雜性，揀選自動化程度還很低。目前國內(nèi)水果采摘基本都是手工進(jìn)行，其成本約占成本的50%~70%，時間集中。采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一個重要類型，可以降低勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，保證水果的及時采收，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

采摘機(jī)器人主要工作在無結(jié)構(gòu)的開放環(huán)境中，環(huán)境條件受季節(jié)和天氣影響較大。因?yàn)椴烧獧C(jī)器人要有高水平的智能控制系統(tǒng)；采摘機(jī)器人工作對象的表皮組織比較柔軟，容易受到損傷，這就決定了采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器應(yīng)該是柔軟的，以避免碰傷水果；水果生長位置的隨機(jī)性、個體形狀的差異性和成熟度的不一致性增加了機(jī)器人視覺定位的難度。采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)應(yīng)在考慮栽培方式的基礎(chǔ)上，使果實(shí)保持在其工作空間內(nèi)，避開莖、葉等障礙物，從而準(zhǔn)確抓取果實(shí)。這就要求機(jī)械手具有一定的避障能力，必要時可以考慮冗余機(jī)械手，但自由度難以控制。采摘機(jī)器人的操作者是農(nóng)民，因此要求機(jī)器人操作簡單，在保證高可靠性的前提下，價格要低一些。

合理的人機(jī)分工與合作，不僅增強(qiáng)了智能機(jī)器人處理突發(fā)事件的能力和系統(tǒng)的魯棒性，而且在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的情況下，提高了揀選的成功率。人機(jī)協(xié)同采摘機(jī)器人的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。不僅提高了采摘機(jī)器人的采摘效率和成功率，而且大大降低了系統(tǒng)成本，有利于采摘機(jī)器人的早日產(chǎn)業(yè)化。

目前果蔬采摘機(jī)器人的智能水平還非常有限，離實(shí)用化、商業(yè)化還有一定距離。存在的問題有采摘機(jī)器人工作效率低，主要體現(xiàn)在水果識別率和采摘率低，破損率高；二是制造成本高，揀選機(jī)器人利用率低。

解決機(jī)器人問題的方法；

1)需要找到一種可靠性好、精度高的視覺系統(tǒng)技術(shù)，能夠檢測到所有成熟的水果并準(zhǔn)確定位，必要時可采用人機(jī)合作方式；

2)提高機(jī)械手和末端執(zhí)行器的靈活性和靈巧性，成功避開障礙物，提高采摘成功率，降低果實(shí)損傷率；

3)可以考慮改變農(nóng)作物的種植方式。通過減少作物非結(jié)構(gòu)化、復(fù)雜的生長環(huán)境，方便采摘機(jī)器人的視覺定位，提高采摘成功率；

4)采用開放式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，控制不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的不同機(jī)器人機(jī)械部件、末端執(zhí)行器和傳感器；

5)要提高采摘機(jī)器人的通用性，讓同一臺機(jī)器人完成不同的任務(wù)，從而提高機(jī)器人的利用率；

目前，農(nóng)業(yè)機(jī)器人正在成為機(jī)器人的一個新領(lǐng)域，而采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一個重要應(yīng)用，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。將人機(jī)協(xié)作、開放式結(jié)構(gòu)的思想應(yīng)用于采摘機(jī)器人的研究，具有實(shí)際應(yīng)用價值，相信在不久的將來，采摘機(jī)器人會越來越多的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

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