丝瓜自动采收末端执行器的研究综述-毕业设计（论文）文献综述

3.0 闻远设计 2024-08-16 71 4 1.1MB 11 页 100光币

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本科毕业设计（论文）文献综述

丝瓜自动采收末端执行器的研究综述

摘要：采收工作是设施蔬菜生产中最耗费劳动力和时间的环节之一，现阶段，

在我国农业经济快速发展的背景下，越来越多的自动采收机器人被有效应用

于设施蔬菜采收作业中，末端执行器作为自动采收机器人的关键部件，一方

面降低人工采收劳动强度，另一方面能够提高采收机器人的效率和稳定性。

文章概括了国内外对黄瓜、茄子等设施蔬菜的采收机器人末端执行器的研究

现状，通过分析和总结已研制的末端执行器的功能、原理和主要结构，为今

后丝瓜末端采收执行器的深入研究奠定基础，并展望了丝瓜末端采收执行器

未来的发展趋势。

关键词：丝瓜；自动采收；机器人；末端执行器

1 前言

我国作为农业大国，果园面积和水果产量位居世界前列，设施蔬菜[1]生产

面积约 4000 万亩，超过了世界上其他国家总和的 4倍，成为世界上规模最大的

设施蔬菜生产国。近年来，在社会经济的快速增长，现代农业产业基地和智慧

农业大发展的背景下，我国现代化农业建设取得了可喜的成绩，但现代农业发

展还处于低层次、低水平阶段，仍存在种种问题，随着农业经济不断发展，果

蔬产量越来越高，人工采收工作的劳动强度也随之增大，但我国农业同时面临

着劳动力流失、人口老龄化、人工成本逐年升高的问题，果蔬采收问题亟待解

决[2]。农业自动化采收是解决当前问题的科学方法。果蔬采收机器人是农业自

动化采收的重要研究内容，国内外专家学者对多种类型果园采摘机器人[3-7]进行

了深入研究，并取得大量研究成果，但尚未推广应用。

丝瓜，作为一种重要的经济作物，营养价值高，深受消费者喜爱。随着人

们消费习惯的改变和我国设施蔬菜产业的快速发展，丝瓜栽培也发展迅速，但

收获及采摘后处理时间约占丝瓜生产全部时间的 50%，且收获过程枯燥、繁重，

为了减轻工人劳动强度、提高采收作业的效率，设计并推广丝瓜自动采收机器

人已是大势所趋。末端执行器作为采收机器人的关键部件[8-9]，为此，本文对国

内外针对黄瓜、茄子等圆柱形[10]设施蔬菜的采收机器人设计的末端执行器进行

了归纳和梳理，分析了现有末端执行器存在问题并展望了其末端发展趋势。

2 自动采收末端执行器国内外研究现状

2.1 国外发展现状

2.1.1 黄瓜采收机器人末端执行器

国外较早进行温室黄瓜采摘机器人末端执行器研究的是 1996 年日本

KONDO N 等人研制的黄瓜采摘机器人[11-13]，日本 KONDO N 等研制的黄瓜采摘

机器人，采用 6自由度机器人，配以 CCD 相机，根据黄瓜与其茎叶红外光反射

率差异的原理进行识别，果梗分离采用传统的夹持切断式。但受制于茎叶对于

黄瓜识别的影响程度较大，该机器人采摘成功率并不高，采摘成功率约 60%，

单果采摘平均耗时 16 s。

2003 年，荷兰瓦宁根大学 VAN HENTEN E J 等人开发了一种多功能黄瓜收

获机器人[14-15]，其末端执行器由手爪、热切割器、吸盘和一个小型摄像机构成，

切割器为能产生高温（1 000℃）的特殊电极。当末端执行器靠近黄瓜时，吸盘

吸附在黄瓜的表面起稳定黄瓜的作用，同时手爪握住黄瓜果实和果梗的连接处，

位于手抓上方的热分割器对果梗进行切割将果实分离，随后机械臂把末端执行

器放到指定位置，松开黄瓜果实，完成采摘动作。该方法利用机械手爪将茎杆

放到切割器的 2个电极之间，利用电极产生的高温切割果梗。该方法不仅易于

采摘果实，而且高温还可以防止植物组织细胞细菌感染。其采摘成功率高达

80%，单果采摘平均耗时45 s。

2.1.2 茄子采收机器人末端执行器

2003 年，日本 Hayashi 等人为了实现茄子的选择性收获，开发了一种机器

人收获系统[16]，即将机器人和收获系统的视觉传感器和距离传感器相结合，判

断是否茄子大小是否适合收获，然后夹持果柄。图1、Error: Reference source

not found 所示，该末端执行器采用果梗夹剪一体式结构，主要包含以下部分：

直流驱动手、切割剪刀、超声波距离传感器、CCD 彩色摄像机、用于固定果梗

的下刀片。当系统接近水果后，由全局感知检测到水果大小，局部感知结合视

觉传感器和距离传感器判断水果大小，末端执行器随后接近果梗，收割剪刀剪

断了果梗。该系统可以以 62.5%的成功收获率收获果实，但明明是适宜采收的

果实却采收不成功的主要原因是果实由于叶或茎的遮挡而不可见，此外，还发

现该系统错误判断了水果的大小，或者在将水果运送到容器的过程中掉落了水

果。每颗果实的采摘时间为 43.2s，包括行驶时间在内的工作效率为 14.9m/h。

图 1 日本 Hayashi 设计的茄子采收机器人工作状态

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本科毕业设计（论文）文献综述丝瓜自动采收末端执行器的研究综述摘要：采收工作是设施蔬菜生产中最耗费劳动力和时间的环节之一，现阶段，在我国农业经济快速发展的背景下，越来越多的自动采收机器人被有效应用于设施蔬菜采收作业中，末端执行器作为自动采收机器人的关键部件，一方面降低人工采收劳动强度，另一方面能够提高采收机器人的效率和稳定性。文章概括了国内外对黄瓜、茄子等设施蔬菜的采收机器人末端执行器的研究现状，通过分析和总结已研制的末端执行器的功能、原理和主要结构，为今后丝瓜末端采收执行器的深入研究奠定基础，并展望了丝瓜末端采收执行器未来的发展趋势。关键词：丝瓜；自动采收；机器人；末端执行器1前言我国作为农业...

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