目錄TOC\o"1-3"\h\u19371摘要 引言草莓是宿根性多年生常綠草本植物，園藝學(xué)上將其劃歸為漿果類，屬薔薇科的一種，其果實(shí)營養(yǎng)價(jià)值豐富，含有豐富的養(yǎng)分以及人體必需的礦物質(zhì)、維生素、多種氨基酸等，有“水果皇后”的美稱。而且，草莓所含的營養(yǎng)物質(zhì)很容易被人體吸收，對(duì)老幼病人有很高的保健和醫(yī)療價(jià)值，在全球大部分地區(qū)種植廣泛。眾所周知，采摘過程在草莓種植中占有重要地位，草莓的整個(gè)種植生產(chǎn)過程中約有1／4的時(shí)間被草莓采摘所占用，并且由于草莓果實(shí)成熟后必須盡快采摘，盛果期采摘作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度大，將自動(dòng)化技術(shù)引入草莓采摘作業(yè)環(huán)節(jié)，研發(fā)草莓采摘機(jī)器人成為目前急待解決的問題。世界各國都很重視機(jī)器人的開發(fā)，一些發(fā)達(dá)國家更是投入了大量的人力物力，并且取得了大量成果。國外已經(jīng)研發(fā)出了很多關(guān)于農(nóng)業(yè)方面的機(jī)器人，如日本的噴農(nóng)藥機(jī)器人、番茄采摘機(jī)器人、葡萄采摘機(jī)器人、黃瓜收獲機(jī)器人、西瓜收獲機(jī)器人和蘑菇采摘機(jī)器人等。國內(nèi)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對(duì)于發(fā)達(dá)國家起步較晚，但是發(fā)展很快，很多院校、研究所都在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究，例如我國上海交通大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)相繼開展了草莓采摘機(jī)器人的研究工作。隨著人們對(duì)機(jī)器人智能化本質(zhì)的認(rèn)識(shí)加深，機(jī)器人技術(shù)不斷地滲透每個(gè)行業(yè)，人類研發(fā)了很多特種機(jī)器人和智能機(jī)器人，以滿足人類活動(dòng)的各種需求。在一些發(fā)達(dá)國家，農(nóng)業(yè)人口較少，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向規(guī)?；?、多樣化、精確化的方向邁進(jìn)，勞動(dòng)力不足的現(xiàn)象越來越明顯，基于這種情況，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人的研究成為必要的發(fā)展趨勢。近年來由于草莓種植與栽培技術(shù)的提高，病蟲害的預(yù)防治理以及草莓的采摘技術(shù)、加工技術(shù)的進(jìn)步，草莓種植在全球得到了很大的推廣。草莓采摘機(jī)器人的研制，可以有效減輕果農(nóng)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，從根本上改變落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，從而有利于進(jìn)一步擴(kuò)大草莓生產(chǎn)規(guī)模，使農(nóng)民獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，可以有力推動(dòng)我國社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)。針對(duì)國內(nèi)外草莓生產(chǎn)、研究現(xiàn)狀，本文對(duì)適用于我國栽培草莓的采摘機(jī)器人進(jìn)行研究，發(fā)展適合于我國國情的草莓采摘機(jī)器人技術(shù)、采用當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)研制出能夠完成草莓識(shí)別、采收的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)草莓收獲的機(jī)械化和自動(dòng)化，是我國草莓生產(chǎn)環(huán)節(jié)中亟待解決的問題。2草莓采摘機(jī)器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)機(jī)器人特性2.1國外研究現(xiàn)狀在草莓采摘收獲方面，日本近藤等人以現(xiàn)代溫室栽培模式的特點(diǎn)，研制出適于高架栽培的草莓采摘機(jī)器人設(shè)備。該采摘機(jī)器人采用5自由度的機(jī)械手，視覺系統(tǒng)與其他果蔬采摘機(jī)器人相似，采用真空氣吸加刀片切割器的末端執(zhí)行器。收獲時(shí)，首先由機(jī)器視覺系統(tǒng)定位出采摘成熟草莓的空間位置，隨后采摘機(jī)械手移動(dòng)到設(shè)定的位置，末端執(zhí)行器接近目標(biāo)直到把目標(biāo)草莓吸住。由3對(duì)光電開關(guān)檢測草莓的位置，當(dāng)草莓位于合適的位置時(shí)，腕關(guān)節(jié)移動(dòng)，果柄進(jìn)入指定位置，由切割器旋轉(zhuǎn)切斷果梗，完成一次采摘。另外，日本羽藤(Hamu)等人研制出針對(duì)傳統(tǒng)栽培模式的草莓采摘機(jī)器人，視覺系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、距離傳感器和計(jì)算機(jī)，采用直角坐標(biāo)采摘機(jī)械手。該視覺系統(tǒng)基于CCD攝像機(jī)采集的彩色圖像進(jìn)行果實(shí)檢測，距離傳感器檢測出果實(shí)的方向及距離，由計(jì)算機(jī)對(duì)二維信息進(jìn)行分析，由二維信息推測出三維信息的果實(shí)部分，最后得到果實(shí)的三維信息，控制直角坐標(biāo)機(jī)器人采摘草莓。為了能更好地識(shí)別草莓果實(shí)，該機(jī)器人建有一個(gè)采摘支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，包括成熟果實(shí)、未成熟果實(shí)、花等數(shù)據(jù)信息。2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的張鐵中等人針對(duì)我國常見的溫室里高壟畦作栽培的草莓，初步建立了草莓采摘機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了2種采摘機(jī)器人樣機(jī)。在草莓果實(shí)目標(biāo)識(shí)別、提取、定位、采摘機(jī)器人及手爪等方面的研究取得了一定成果，采用雙目視覺等圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了草莓的識(shí)別和定位，并對(duì)草莓的生物特性、成熟度、多個(gè)草莓遮擋等實(shí)際情況進(jìn)行了研究，取得了一些研究成果，為草莓采摘機(jī)器人提供了設(shè)計(jì)依據(jù)和理論基礎(chǔ)，本文引用張鐵中教授很多相關(guān)知識(shí)。上海交通大學(xué)與日本宮崎大學(xué)共同研制出了跨壟作業(yè)4個(gè)自由度的草莓收獲機(jī)器人設(shè)備。該機(jī)器人采用兩個(gè)俯視地面的CCD攝像機(jī)獲取草莓的圖像，計(jì)算出草莓的方位，用激光傳感器測量機(jī)械手爪到草莓的距離；采用氣動(dòng)機(jī)械手爪抓取草莓果柄，并用剪切式切刀切斷果柄。但這僅僅只是一個(gè)草莓采收實(shí)驗(yàn)裝置，體積比較龐大，且沒有驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)于草莓的枝葉遮擋、重疊等尚未進(jìn)行研究，距生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x。2.3農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特性1．工作對(duì)象脆弱：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象多數(shù)是成熟的果實(shí)、田間的幼苗這樣的軟弱易傷的生物對(duì)象，必須要能夠輕柔的處理。2．工作環(huán)境惡劣：由于農(nóng)作物是生長變化的，其生存環(huán)境和自身的狀態(tài)也會(huì)隨著時(shí)間和空間的改變發(fā)生改變，這就要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人不僅要具有與生物體柔性相對(duì)應(yīng)的處理功能，而且還要能夠適應(yīng)變化無常的自然環(huán)境。3．對(duì)操作要求簡單：農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用者多數(shù)主體是農(nóng)民，他們懂得很少的電子、機(jī)械方面的專業(yè)知識(shí)，因此要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人必須具有較高的可靠性并且操作簡單。4．工作動(dòng)作復(fù)雜：農(nóng)業(yè)機(jī)器人一般是作業(yè)、移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。作業(yè)過程中機(jī)器人的行走路線受到作物栽培方式的影響因而比較狹窄、位置受限制的一定范圍，常常需要走較長的距離并要求遍及整個(gè)田間表面等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮在復(fù)雜的情況下完成作業(yè)。5．價(jià)格要求低廉：農(nóng)業(yè)機(jī)器人以個(gè)體經(jīng)營為主，如果價(jià)格不是很合理，就很難得到有效的普及?？傊?，目前無論國內(nèi)還是國外，農(nóng)業(yè)機(jī)械人的自動(dòng)化還有待提高，草莓采摘機(jī)器人的研究也尚處于實(shí)驗(yàn)室的裝置研究階段，智能水平還很有限，離生產(chǎn)應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離。3草莓采摘機(jī)器人基本構(gòu)造及工作環(huán)境根據(jù)采摘機(jī)器人的功能可知，機(jī)器人由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分組成，這三大部分可分成行走系統(tǒng)、機(jī)械本體系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)六個(gè)系統(tǒng)。草莓采摘機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)有：末端執(zhí)行器，視覺傳感器，機(jī)械手。3.1末端執(zhí)行器草莓采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一是末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)，因?yàn)槌墒斓牟葺谋砥け容^脆弱，其形狀也較復(fù)雜。末端執(zhí)行器抓持力的控制要求很高，同時(shí)要求夾持系統(tǒng)具有一定柔性，可以補(bǔ)償部分力控制產(chǎn)生的誤差，避免夾持力過小而抓取失穩(wěn)，導(dǎo)致草莓掉落，因此作為草莓采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器的特點(diǎn)要求通用性和靈活性較強(qiáng)，且系統(tǒng)簡單，成本較低，易于操作和維護(hù)，盡量可以實(shí)現(xiàn)果蔬的無損采摘。3.2視覺傳感器人類從外部世界獲取信息大部分都是通過視覺完成的，視覺是我們最重要的感覺之一，因此當(dāng)前信息研究的核心任務(wù)之一是信息視覺處理。機(jī)器人視覺就是給機(jī)器人裝上視覺傳感器，模擬人的視覺功能，從圖像或圖像序列中提取信息，對(duì)客觀世界進(jìn)行形態(tài)識(shí)別。視覺傳感器主要由彩色攝像機(jī)來尋找和識(shí)別成熟的草莓，利用雙目視覺方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。收獲時(shí)，由視覺系統(tǒng)計(jì)算采摘目標(biāo)的空間位置，然后采摘機(jī)械手移動(dòng)到預(yù)定位置，末端執(zhí)行器靈活移動(dòng)直到把草莓吸入，完成采摘。3.3機(jī)械手草莓采摘機(jī)器人的主要執(zhí)行部件是機(jī)械手，它的功能主要是將末端執(zhí)行器移至接近果實(shí)的位置。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性和果實(shí)分布的隨機(jī)性，采摘機(jī)械手的選型不僅要遵循機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本原則，還要考慮其工作的特殊性。果實(shí)采摘過程中，植物莖葉以及植物支撐裝置的位置不固定，為了減少對(duì)植物的損傷，機(jī)械手必須能方便地避開障礙物。3.4工作環(huán)境目前，我國草莓的栽培模式包括溫室栽培、露地栽培和大棚栽培。其中，按常規(guī)露地栽培的草莓產(chǎn)量較低，上市遲，供應(yīng)短，效益不高。采用黑膜覆蓋加塑料大棚栽培，投入少，產(chǎn)出高，采果期長，畝產(chǎn)可達(dá)1500至2000公斤，比露地栽培增產(chǎn)1.5至2倍。因?yàn)樵耘嘟Y(jié)構(gòu)化的種植特點(diǎn)，可以減輕勞動(dòng)作業(yè)的強(qiáng)度。采用溫室結(jié)構(gòu)化方式種植草莓，果實(shí)分布區(qū)域相對(duì)集中，減少了莖葉對(duì)果實(shí)的遮擋，有利于草莓自動(dòng)化采收。采摘機(jī)器人行走于壟行間，同時(shí)對(duì)兩側(cè)草莓進(jìn)行采摘。對(duì)于草莓采摘機(jī)器人綜合來說，首先是有可靠性好、精度高的視覺系統(tǒng)技術(shù)，能夠檢測出所有成熟果實(shí)，精確對(duì)其定位。然后是提高機(jī)械手和末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)柔性和靈巧性，提高采摘的成功率和降低采摘草莓的損傷率。最后是要提高采摘機(jī)器人的通用性，提高機(jī)器人的利用率。溫室栽培一般采用的是高畦壟上栽雙行的形式，如圖1所示。如圖1溫室草莓高畦壟上雙行栽培4目前國內(nèi)草莓采摘機(jī)器人研究存在的問題1．普遍采用多目機(jī)器視覺系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。2．整體機(jī)構(gòu)龐大，工作過程中占用較多行走空間，影響種植密度。3．面向我國國內(nèi)草莓生長環(huán)境特點(diǎn)的采摘機(jī)器人研究較少。5主要研究內(nèi)容草莓的自動(dòng)收獲機(jī)械是一個(gè)結(jié)合了包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)及各種自動(dòng)化技術(shù)在內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)，本課題的研究目標(biāo)是對(duì)草莓的自動(dòng)收獲進(jìn)行初步的研究，課題的具體研究內(nèi)容如下：1．調(diào)查現(xiàn)有的草莓識(shí)別方式（Hough變換的草莓識(shí)別算法），找出可行的草莓采摘機(jī)器人有效識(shí)別成熟草莓的方法。2．選取合適的器件，使用視覺識(shí)別技術(shù)和無線控制技術(shù)，探討草莓采摘機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)造。3．運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，建造模型。4.對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出草莓采摘失誤的原因和改進(jìn)的方法，為后續(xù)精確智能機(jī)器人的研制打下基礎(chǔ)。5.1基于Hough變換的成熟草莓識(shí)別算法Hough變換是一種使用表決原理的參數(shù)估計(jì)技術(shù)，Hough變換最初是用來檢測直線和曲線的，后來推廣到廣義Hough變換，來檢測各種曲線。假設(shè)草莓輪廓的數(shù)學(xué)模型已知，那么理論上不管草莓處于被遮掩或緊靠狀態(tài)，還是單個(gè)分離狀態(tài)，只要草莓的輪廓信息足夠多，利用這些輪廓信息進(jìn)行Hough變換，就可得到草莓的輪廓參數(shù)信息，從而把所有的草莓識(shí)別出來。5.1.1建立草莓輪廓模型每個(gè)草莓的輪廓都一定存在著差異，所以建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的草莓輪廓數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難。但是我們可以發(fā)現(xiàn)，成熟草莓約3／4左右的輪廓形狀與圓近似，因此為了計(jì)算簡單方便，以圓形近似表示草莓的形狀輪廓，則成熟草莓輪廓在圖像中的參數(shù)方程為（1）式中x0、y0成熟草莓圖像形心坐標(biāo)r0草莓輪廓的半徑5.1.2圖像分割、區(qū)域標(biāo)記和有效圖像區(qū)域草莓采摘機(jī)器人進(jìn)行采摘需要首先解決的關(guān)鍵問題是草莓成熟度和空間位置的識(shí)別，而要解決此問題必須先將成熟草莓果實(shí)的圖像從復(fù)雜的背景圖像中提取出來，即對(duì)實(shí)際拍攝的彩色圖像進(jìn)行分割。圖像分割就是指把圖像分成各具特性的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程。特性可以是灰度、顏色、紋理等，目標(biāo)可以是單個(gè)區(qū)域，也可以是多個(gè)區(qū)域。常用的圖像分割技術(shù)有：閡值分割法、區(qū)域生長法、區(qū)域的分裂與合并法、邊緣檢測與邊界跟蹤法等。當(dāng)圖像內(nèi)含有多個(gè)草莓果實(shí)或者除了草莓果實(shí)外含有其他干擾時(shí)，就需要對(duì)圖像中的不同部分進(jìn)行區(qū)分，這時(shí)要用到區(qū)域標(biāo)記，即給圖像中連接在一起的像素賦上相同的標(biāo)記，不同的連接成分賦上不同的標(biāo)記。在進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記的同時(shí)，可以計(jì)算各個(gè)區(qū)域的面積。區(qū)域面積就是對(duì)區(qū)域內(nèi)的像素進(jìn)行計(jì)數(shù)。區(qū)域面積雖然計(jì)算簡單，但是很有實(shí)用性，當(dāng)面積過小時(shí)，該區(qū)域可以認(rèn)為是干擾去除，這樣就可以消除前面處理部分沒有去除掉的干擾。5.1.3Hough變換識(shí)別草莓因?yàn)槌墒觳葺妮喞皇且粋€(gè)真正的圓，所以每個(gè)成熟草莓都有多個(gè)極大值點(diǎn)，但由于這些極大值點(diǎn)位置鄰近，根據(jù)其位置信息，可以有效地辨別哪些極大值點(diǎn)屬同一個(gè)草莓。為減少有效圖像區(qū)域的掃描次數(shù)，進(jìn)一步減少運(yùn)算量，采用邊界跟蹤方法獲取輪廓信息。將獲取的草莓輪廓信息保存起來，用于Hough變換。Hough變換時(shí)，對(duì)于任一輪廓點(diǎn)增加所有滿足式(1)的參數(shù)累計(jì)單元，求取累計(jì)單元的極大值點(diǎn)，最后用加權(quán)平均法合并這些極大值點(diǎn)，獲取有效的極大值點(diǎn)。每個(gè)有效極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)圓參數(shù)方程，即一個(gè)成熟草莓。對(duì)圖像各個(gè)有效區(qū)域依次進(jìn)行處理，可完成整幅圖像的草莓識(shí)別。流程圖如下圖2：開始采集圖像開始采集圖像邊界追蹤畸變補(bǔ)償畸變補(bǔ)償對(duì)各個(gè)區(qū)域的外接矩形內(nèi)的邊緣點(diǎn)進(jìn)行Hough變換 對(duì)各個(gè)區(qū)域的外接矩形內(nèi)的邊緣點(diǎn)進(jìn)行Hough變換圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)自動(dòng)對(duì)比增強(qiáng)自動(dòng)對(duì)比增強(qiáng)檢測出累計(jì)數(shù)組的極大值點(diǎn)檢測出累計(jì)數(shù)組的極大值點(diǎn)閥值化閥值化對(duì)極大值點(diǎn)的鄰域進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出擬合圓的參數(shù)對(duì)極大值點(diǎn)的鄰域進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出擬合圓的參數(shù)閉運(yùn)算 閉運(yùn)算結(jié)束結(jié)束區(qū)域標(biāo)記獲取特征參數(shù)，如面積、最小外接矩形等區(qū)域標(biāo)記獲取特征參數(shù)，如面積、最小外接矩形等 圖2成熟草莓識(shí)別流程圖5.1.4成熟草莓識(shí)別實(shí)驗(yàn)和分析對(duì)于不同的成熟草莓情況，選取在實(shí)際環(huán)境中拍攝的照片，如圖3所示。照片中一共有21個(gè)成熟的草莓，這些成熟的草莓輪廓信息丟失不超過1/2。無論是單個(gè)分離的成熟草莓，還是多個(gè)相互僅靠或重疊的，或者被葉子或其它物體遮掩的復(fù)雜情況，相對(duì)于整個(gè)成熟草莓來說，識(shí)別誤差較小，能夠滿足機(jī)器視覺系統(tǒng)的要求。 圖3草莓圖像及Hough變換識(shí)別結(jié)果草莓簡單分離（b）2個(gè)草莓緊挨（c）3個(gè)草莓緊挨（d）草莓被其他 物體遮掩（f）草莓相互遮掩5.2基于機(jī)器視覺機(jī)器人總體構(gòu)造草莓采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)的功能是識(shí)別圖像內(nèi)成熟草莓果實(shí)的數(shù)量和目標(biāo)果實(shí)圖像重心的位置，并向機(jī)器人控制系統(tǒng)提供這些位置信息。5.2.1機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖4所示，草莓采摘機(jī)器人由精密運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、末端執(zhí)行器、框架、履帶式行走機(jī)構(gòu)、果籃托盤以及控制箱組成，工作過程中，機(jī)器人行走于過道中央，定義參考坐標(biāo)系：機(jī)器人前進(jìn)方向?yàn)閤軸正方向，垂直地面向上為y軸正方向；垂直且指向采摘目標(biāo)所在的栽培床側(cè)表面為Z軸正方向，在機(jī)器人作業(yè)過程中，該方向?qū)?huì)隨實(shí)際采摘目標(biāo)的變化而改變；機(jī)器人攝像頭所拍攝圖像坐標(biāo)的z、y方向與參考坐標(biāo)系的x、y方向定義一致。圖4草莓采摘機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖框架由鋁合金型材固連而成，用于支撐連接機(jī)器人各機(jī)械部件；履帶式行走機(jī)構(gòu)用于負(fù)載整個(gè)機(jī)器人，并進(jìn)行較大范圍移動(dòng)；果籃托盤為正方形的平面，通過鋁型材與框架固連，用于放置草莓收納容器；工控箱與框架上表面固連，內(nèi)置電源、控制器、驅(qū)動(dòng)器等電子設(shè)備，用于接收數(shù)字圖像等機(jī)器人反饋信息、計(jì)算機(jī)器人導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及控制機(jī)器人各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。5.2.2運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)用于局部范圍內(nèi)精密調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器和采摘目標(biāo)的相對(duì)位置，包含3個(gè)平動(dòng)自由度和1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度．如圖5所示。圖5精密運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)示意圖電動(dòng)機(jī)2.橫梁3.電動(dòng)機(jī)24.絲杠導(dǎo)軌模組15.絲杠導(dǎo)軌模組26.電動(dòng)機(jī)47.電動(dòng)機(jī)支架8.螺旋法蘭9.固定法蘭10.滑塊311.絲杠導(dǎo)軌模組312.電動(dòng)機(jī)3橫梁與絲杠導(dǎo)軌模組l平行放置且固連，滑塊l、滑塊2、滑塊3分別與絲杠導(dǎo)軌模組l、絲杠導(dǎo)軌模組2、絲杠導(dǎo)軌模組3配合；絲杠導(dǎo)軌模組1與絲杠導(dǎo)軌模組2垂直放置，滑塊1與滑塊2固連；電動(dòng)機(jī)4通過電動(dòng)機(jī)支架與絲杠導(dǎo)軌模組2的一端固連，電動(dòng)機(jī)4的輸出軸與旋轉(zhuǎn)法蘭固連，旋轉(zhuǎn)法蘭與滑塊3固連。在電動(dòng)機(jī)l的驅(qū)動(dòng)下，絲杠導(dǎo)軌模組2隨滑塊1沿x方向平動(dòng)；在電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)下，整個(gè)絲杠導(dǎo)軌模組2和電動(dòng)機(jī)4一同相對(duì)于滑塊2沿y方向平動(dòng)；在電動(dòng)機(jī)3的驅(qū)動(dòng)下，絲杠導(dǎo)軌模組3可相對(duì)于滑塊3沿z方向平動(dòng)。末端執(zhí)行器通過固定法蘭與精密運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)固連，精密運(yùn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)通過橫梁與框架頂端固連。電動(dòng)機(jī)1、電動(dòng)機(jī)2、電動(dòng)機(jī)3搭配增量式編碼器，控制系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器沿x、y、z方向的精確平動(dòng)。5.2.3末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器由機(jī)械手、攝像頭、刀片和光纖傳感器組成，如圖6所示，能夠以剪切并夾持果柄的方式摘取草莓。攝像頭位于機(jī)械手正下方，用于判斷采摘目標(biāo)與末端執(zhí)行器在x、y方向上的位置偏差；光纖傳感器a與光纖傳感器b分別位于手鉗a和手鉗b的前端，用于探測兩手鉗之間是否存在果柄；刀片固連在手鉗a前端，刃口正對(duì)手鉗b前端的納刀槽，用于在機(jī)械手閉合同時(shí)切斷果柄；夾持面是指位于手鉗b納刀槽下方且面向手鉗a的部分表面與手鉗a上與之相對(duì)的表面，在目標(biāo)果柄被切斷后可將果實(shí)夾持。圖6末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)械手2.手鉗a3.光纖傳感器a4.光纖傳感器b5.納力槽6.手鉗b7.攝像頭8.刀片一般采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則為：一是有最優(yōu)的工作空間，在采摘過程中，機(jī)械手工作空間應(yīng)該盡可能多地包含工作目標(biāo)的位置，以降低機(jī)器人的移動(dòng)頻率，提高工作效率。二是具有合理的內(nèi)部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)采摘機(jī)器人時(shí)，不僅要考慮其結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，而且要設(shè)計(jì)合理的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)。具有較好的避障能力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，難以預(yù)測，作為作業(yè)對(duì)象的果實(shí)分布隨機(jī)，一般生長在茂密的莖葉和支撐物等障礙物之間，而且在果實(shí)采摘過程中，植物莖葉以及支撐物的位置常常不固定，為了減少對(duì)植物的損傷，機(jī)械手在接近果實(shí)的過程中必須能方便地避開障礙物。三是具有消除工作空間內(nèi)奇異形位的能力，對(duì)于非冗余度機(jī)器人，一般通過增加自由度使其具有冗余度，以解決機(jī)械手機(jī)構(gòu)的奇異問題。自由度越多，靈活性越好，但是會(huì)增加機(jī)構(gòu)復(fù)雜性和控制難度。農(nóng)業(yè)機(jī)器人要求操作簡單、成本低廉，因此要在保證這幾條原則的前提下盡量采用冗余自由度少、機(jī)構(gòu)簡單的形式。機(jī)械手由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手閉合過程可分4個(gè)階段，各階段機(jī)械手最終狀態(tài)如圖7所示。圖7機(jī)械手閉合過程示意圖（a）第一階段最終狀態(tài)（b）第二階段最終狀態(tài)（c）第三階段最終狀態(tài)（d）第四階段最終狀態(tài)第1階段：末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到采摘位置，兩手鉗把果柄置于中間，機(jī)械手準(zhǔn)備閉合；第2階段，兩手鉗對(duì)稱相向運(yùn)動(dòng)，直到刀片刃口接觸果柄，即將進(jìn)行切割動(dòng)作；第3階段，兩手鉗繼續(xù)對(duì)稱相向運(yùn)動(dòng)，直到果柄被完全切斷；第4階段，兩手鉗繼續(xù)對(duì)稱相向運(yùn)動(dòng)，刀片刃口逐漸進(jìn)入納刀槽中，直到機(jī)械手的夾持力達(dá)到最大，此時(shí)被采摘的草莓果實(shí)從果柄處被可靠的夾持。由于果柄被切斷后果實(shí)將連同剩余果柄在重力作用下掉落，為保證機(jī)械手能夠及時(shí)將果柄夾持，針對(duì)末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行專門參數(shù)校驗(yàn)。5.3基于無線遙控采摘機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)造5.3.1系統(tǒng)構(gòu)成模塊草莓采摘機(jī)器人系統(tǒng)如圖8所示。采摘機(jī)器人系統(tǒng)硬件由輪式移動(dòng)平臺(tái)、關(guān)節(jié)型采摘機(jī)械臂、雙耳視覺相機(jī)、柔性末端執(zhí)行器、人機(jī)交互模塊以及系統(tǒng)控制器等6部分構(gòu)成。系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)控制算法運(yùn)行以及控制信號(hào)接收發(fā)送，從而協(xié)調(diào)控制各功能部件。雙目視覺相機(jī)安裝于機(jī)械臂末端附近，通過設(shè)置機(jī)械臂初始姿態(tài)使得相機(jī)水平正對(duì)草莓栽培槽，以進(jìn)行果實(shí)識(shí)別定位。旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂腰關(guān)節(jié)1800則可以對(duì)機(jī)器人另一側(cè)的果實(shí)進(jìn)行識(shí)別定位和采摘。機(jī)器人系統(tǒng)采用語音提示與遙控手柄相結(jié)合的無線人機(jī)交互方式，以實(shí)現(xiàn)啟停、應(yīng)急控制等簡易操作，保證系統(tǒng)使用安全方便。 圖8草莓采摘機(jī)器人系統(tǒng)1.移動(dòng)平臺(tái)2.聲納傳感器3采摘機(jī)械臂4.末端執(zhí)行器5.雙目視覺相機(jī)6.控制箱5.3.2末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器是指機(jī)器人具有直接作用于作業(yè)對(duì)象功能的部分。末端執(zhí)行器安裝在機(jī)械手的末端，其功能類似于人手，是直接與目標(biāo)物體接觸的部件。末端執(zhí)行器的形式主要有吸盤式、針式、噴嘴式、杯狀、多關(guān)節(jié)手爪式、順應(yīng)型指結(jié)構(gòu)等。通常末端執(zhí)行器都是專用的，草莓果實(shí)表皮非常柔嫩，夾持果實(shí)本體容易造成果皮損傷，影響果實(shí)品質(zhì)．進(jìn)而影響后續(xù)加工、儲(chǔ)藏。采摘機(jī)器人采用了由果實(shí)吸附、果柄夾持、果柄切割3部分組成的柔性末端執(zhí)行器，如圖9和圖10所示。圖9末端執(zhí)行器1.切割裝置2.果實(shí)3.吸盤4.手指圖10果柄切割裝置1.固定架2.電熱絲3.切割墊板4.夾持墊片5.手指5.3.3系統(tǒng)控制方案采摘機(jī)器人控制器負(fù)責(zé)運(yùn)行導(dǎo)航、果實(shí)識(shí)別定位、機(jī)械臂控制及末端執(zhí)行器控制等4個(gè)程序模塊以及接收發(fā)送控制信號(hào)。機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成，如圖11所示。路標(biāo)識(shí)別相機(jī)聲納傳感器雙目視覺相機(jī)路標(biāo)識(shí)別相機(jī)聲納傳感器雙目視覺相機(jī)系統(tǒng)總控制器系統(tǒng)總控制器機(jī)械臂控制果實(shí)識(shí)別定位導(dǎo)航控制機(jī)械臂控制果實(shí)識(shí)別定位導(dǎo)航控制末端執(zhí)行器控制末端執(zhí)行器控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑點(diǎn)控制果實(shí)吸附、夾持、切割成熟果實(shí)采摘信息失敗移動(dòng)平臺(tái)啟停、巡航機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑點(diǎn)控制果實(shí)吸附、夾持、切割成熟果實(shí)采摘信息失敗移動(dòng)平臺(tái)啟停、巡航 圖11控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采摘機(jī)器人輸入設(shè)備有雙目視覺相機(jī)、路標(biāo)識(shí)別相機(jī)以及聲納傳感器。導(dǎo)航模塊通過聲納傳感器和路標(biāo)識(shí)別相機(jī)采集導(dǎo)航信息；果實(shí)識(shí)別定位模塊根據(jù)雙目視覺相機(jī)采集的圖像，通過果實(shí)識(shí)別定位算法獲取成熟果實(shí)采摘信息；果實(shí)識(shí)別定位模塊通過判斷導(dǎo)航模塊移動(dòng)平臺(tái)啟停信號(hào)，從而開啟或終止識(shí)別定位程序進(jìn)程狀態(tài)，以進(jìn)行果實(shí)識(shí)別定位。機(jī)械臂控制模塊負(fù)責(zé)機(jī)械臂空間運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃算法運(yùn)行，保證機(jī)械臂作業(yè)流程按預(yù)定時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，其從果實(shí)識(shí)別定位模塊獲取果實(shí)空間坐標(biāo)，據(jù)此信息將末端執(zhí)行器準(zhǔn)確定位至果實(shí)位置；末端執(zhí)行器控制模塊可以根據(jù)控制器程序指令輸出脈沖電壓，進(jìn)而通過直流繼電器控制電磁閥和電熱絲狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)果實(shí)吸附、夾持以及切割。5.3.4數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)采摘失誤原因諸多，機(jī)器人在采摘成功率方面的改進(jìn)方向主要有3個(gè)：①減小末端執(zhí)行器夾持機(jī)構(gòu)尺寸的同時(shí)，提高目標(biāo)采摘點(diǎn)的定位精度(有助于克服果柄過短帶來的采摘困難)。②機(jī)構(gòu)上加裝果葉分離裝置或改進(jìn)末端執(zhí)行器接近目標(biāo)的路徑規(guī)劃方法(有助于減少葉子對(duì)采摘帶來的干擾)。③進(jìn)一步改進(jìn)圖像處理算法(有助于克服畸形果帶來的計(jì)算困難)。由于對(duì)運(yùn)動(dòng)精度和動(dòng)態(tài)性能要求較低，在不引起機(jī)器人大幅度震動(dòng)的情況下可進(jìn)一步提高速度，并可通過協(xié)調(diào)動(dòng)作時(shí)序的方法使多個(gè)動(dòng)作同步進(jìn)行以縮短整體執(zhí)行時(shí)間，所以此部分速度提升空間較大；目標(biāo)接近及果實(shí)收納時(shí)間可通過改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)一步縮短，如增加專門機(jī)構(gòu)使果籃能夠同步跟隨末端執(zhí)行器移動(dòng)等方法；目標(biāo)瞄準(zhǔn)過程的速度提升需從運(yùn)動(dòng)控制算法和圖像處理方法的兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，以保障在末端執(zhí)行器可靠動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)一步縮短執(zhí)行時(shí)間，相關(guān)研究的內(nèi)容基礎(chǔ)性較強(qiáng)。6草莓采摘機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)是草莓采摘機(jī)器人的重要部件之一，它是機(jī)器人機(jī)械本體和各系統(tǒng)硬件部分的支撐平臺(tái)。行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要注意的問題是平穩(wěn)性和靈活性。平穩(wěn)性問題是要求在行走時(shí)和靜止時(shí)都能保持平衡；靈活性是要求行走、轉(zhuǎn)向靈活，并具有一定的智能，比如轉(zhuǎn)向、避障等。行走機(jī)構(gòu)按照運(yùn)動(dòng)軌跡的不同可以分為固定軌跡式和無固定軌跡式。固定軌跡式主要用于工業(yè)機(jī)器人。無固定軌跡式的行走方式，按其行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為輪式、履帶式和步行式。在行走過程中，前兩者與地面為連續(xù)接觸，其形態(tài)為運(yùn)行車式；后者為間斷接觸，類似于人類(或動(dòng)物)的腿腳式。車式行走機(jī)構(gòu)簡單，控制容易，技術(shù)比較成熟，在移動(dòng)式采摘機(jī)器人中應(yīng)用的比較多；步行式行走機(jī)構(gòu)控制比較復(fù)雜，目前還處于發(fā)展和完善過程中。輪式行走機(jī)構(gòu)適合平地行走，通過輪子來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向。根據(jù)輪子數(shù)量可以分為3輪、4輪和6輪等形式，一般輪子越多，平穩(wěn)性和行走(回轉(zhuǎn))精度越高，但機(jī)構(gòu)也越復(fù)雜，成本也越高。車輪式行走結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，控制比較容易。履帶式行走機(jī)構(gòu)可以在有些凹凸的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺(tái)階。它的缺點(diǎn)是由于沒有自定位輪，沒有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，要轉(zhuǎn)彎只能靠左右兩個(gè)履帶的速度差，所以在橫向和前進(jìn)方向都會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)；轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑等。步行式行走機(jī)構(gòu)適應(yīng)性較強(qiáng)，在有障礙物(如管道、臺(tái)階或樓梯)或很難接近的工作場地更有優(yōu)越性。步行式行走機(jī)構(gòu)在靜態(tài)時(shí)是平衡的，但在步行時(shí)，整個(gè)質(zhì)心會(huì)發(fā)生偏移而產(chǎn)生動(dòng)不平衡。如果不能維持動(dòng)態(tài)不平衡，機(jī)器人會(huì)傾倒，對(duì)于松軟的地面而言，維持動(dòng)不平衡將更加困難。所以在采摘機(jī)器人的應(yīng)用中，目前的技術(shù)不成熟而且成本過高。本課題主要解決的是溫室內(nèi)草莓的自動(dòng)化采摘技術(shù)問題，行走通道為壟溝，地面相對(duì)比較平坦，沒有過于高低不平的障礙，不需爬臺(tái)階，不需跨越壟溝，而且壟溝通道在種植草莓后基本固定不變，所以機(jī)器人的行走路線可以人為預(yù)先規(guī)劃。綜合考慮機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)要求，成本、控制等各方面因素，采用四輪行走結(jié)構(gòu)如圖12所示。該行走機(jī)構(gòu)能在壟間自動(dòng)行走，且可以隨走隨停，隨時(shí)進(jìn)行圖像輸入和采摘作業(yè)。當(dāng)在一個(gè)位置的采摘作業(yè)完畢后，再前進(jìn)一定距離后停下，可以進(jìn)行下一個(gè)位置的圖像輸入和采摘作業(yè)，這樣的動(dòng)作可以循環(huán)持續(xù)下去，非常適合行走在溫室里的草莓采摘機(jī)器人。圖12輪式行走機(jī)構(gòu)1.車底盤2.同步帶輪3.步進(jìn)電機(jī)支架4.步進(jìn)電機(jī)5.同步帶6.車輪由于本課題研究的草莓采摘機(jī)器人要求在單壟間作業(yè)，所以對(duì)行走機(jī)構(gòu)的尺寸限制較大，而且行走機(jī)構(gòu)要求能在采摘作業(yè)進(jìn)行時(shí)隨時(shí)前進(jìn)或后退一定的距離，所以選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶來實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。由于可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，所以可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)距離的精確控制。同步帶傳動(dòng)利用帶齒和帶輪齒的嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，因而兼有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)三者的綜合特性。具有傳動(dòng)準(zhǔn)確，平穩(wěn)，噪音小，可獲得恒定速比，且速比范圍大，允許線速度高，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，能滿足本課題行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。7草莓采摘機(jī)器人零部件材料選用選擇機(jī)器人本體材料應(yīng)該從機(jī)器人各部分性能要求出發(fā)，確定所用材料的特性。和一般機(jī)械相比較，機(jī)器人本體不僅具有一般機(jī)械設(shè)備的支撐、連接、固定等功能，而且還具有運(yùn)動(dòng)功能，因此機(jī)器人的動(dòng)特性對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)影響極大。在選用機(jī)器人零件材料方面，不能直接簡單地從材料手冊(cè)上查得，必須從綜合考慮材料的強(qiáng)度、剛度、重量、彈性、抗振性以及經(jīng)濟(jì)性等因素。綜合考慮各種因素的影響，機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)底盤、z軸機(jī)架等適于采用普通炭鋼材料，既利于加工，也可降低成本；機(jī)身各主要部件(滾珠絲杠、絲杠螺母等)要承受較大的負(fù)荷，采用強(qiáng)度和剛度較好的不銹鋼件，可以省去復(fù)雜的表面處理；機(jī)器人末端執(zhí)行器使用了懸臂粱結(jié)構(gòu)，承受載荷小，而且要固定在Y軸上，采用輕質(zhì)的鋁合金材料有利于減輕重量。另外，在設(shè)計(jì)中，盡量采用外購件，如滾珠絲杠副各主要部件(滾珠絲杠、絲杠螺母、光軸及軸支架、直線軸承)、齒輪齒條、同步帶及其帶輪等，不僅保證了這些部件的傳動(dòng)精度，而且縮短了設(shè)計(jì)和加工時(shí)間，大大降低了成本，外觀質(zhì)量也較好。8草莓采摘機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的選擇驅(qū)動(dòng)器在機(jī)器人中的作用相當(dāng)于人體的肌肉。驅(qū)動(dòng)源包括液壓式、氣動(dòng)式和電動(dòng)式等。液壓系統(tǒng)功率與重量比高，低速時(shí)出力大，可用于極端惡劣的外部環(huán)境。但是液壓系統(tǒng)維護(hù)較困難，并且存在不可避免的泄漏問題。氣動(dòng)系統(tǒng)的裝置在原理上類似于液壓系統(tǒng)，使用壓縮空氣做氣源驅(qū)動(dòng)氣缸，并用人工或電磁閥進(jìn)行控制。氣動(dòng)元件一般常采用氣爪和氣缸。氣爪能快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)閉合和張開，但價(jià)格相對(duì)較高；氣缸可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但無法控制運(yùn)動(dòng)的位移和角度。氣動(dòng)元件工作時(shí)必須由氣泵供氣，氣泵不僅成本高，而且非常笨重，工作時(shí)還會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲污染。電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)采用各種電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在機(jī)器人中得到廣泛的應(yīng)用，它具有無環(huán)境污染、定位精度高、響應(yīng)快、操作簡單、體積小、動(dòng)力大、附帶設(shè)備簡易等優(yōu)點(diǎn)。常見的電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)源包括步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)三種。在要求高動(dòng)態(tài)，高速運(yùn)行狀態(tài)、大功率驅(qū)動(dòng)等場合多用交流伺服電機(jī)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)；在要求低動(dòng)態(tài)，低速運(yùn)行狀態(tài)、小功率驅(qū)動(dòng)等場合可用步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)；而在要求極高動(dòng)態(tài)，高速運(yùn)行狀態(tài)、高定位精度等場合才會(huì)用到直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過分析比較發(fā)現(xiàn)，步迸電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本相對(duì)低、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器不易損壞，非常適合于機(jī)器人的控制，故選擇步進(jìn)電機(jī)作為x軸、Y軸和z軸的驅(qū)動(dòng)部件。9總結(jié)草莓是最受人們歡迎的水果之一，其種植面積和產(chǎn)量逐年增加，但目前采摘主要由人工完，作業(yè)期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，制約了草莓種植業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。而且，隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高，手工采摘會(huì)大大降低產(chǎn)品的市場競爭力。因此，草莓采摘的機(jī)械化是一個(gè)亟待解決的問題。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此一直都在進(jìn)行探索性研究。但由于草莓特殊的生長特性和果實(shí)形態(tài)，所以目前草莓的采摘自動(dòng)化程度仍然很低。本課題針對(duì)以上問題，借鑒國內(nèi)外草莓采摘機(jī)器人的研究成果和果蔬采摘機(jī)器人方面的研究基礎(chǔ)對(duì)草莓采摘機(jī)器人進(jìn)行了研究。草莓栽培的技術(shù)含量較高，雖然草莓的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，但在我國，其總的栽培面積卻還不是很理想。目前，制約我國草莓發(fā)展的因素有不少，其中最主要的是能較好掌握草莓生產(chǎn)技術(shù)的農(nóng)民只占少數(shù)，由于草莓本身的特點(diǎn)和栽培所需的工作量決定的。草莓是最不耐貯藏的水果，成熟后必須及時(shí)采摘，采摘過晚，草莓果實(shí)很容易腐爛，造成經(jīng)濟(jì)的損失。采摘草莓時(shí)不能硬拉．硬拉常拉下果序和碰傷果皮，影響草莓的產(chǎn)量和果實(shí)質(zhì)量。果實(shí)開始成熟時(shí)，必須每隔兩天采摘一次，盛果期間需要每天采摘一次。一般一個(gè)勞動(dòng)力一天可采摘30-40Kg，盛果期最高可采摘50-75Kg。采摘果實(shí)宜在上午或下午，中午前后氣溫高，日照強(qiáng)烈，容易傷果面和引起爛果，不宜采摘。在盛果期一畝草莓每天能成熟150-200Kg甚至更高，兩個(gè)勞動(dòng)力每天需要工作10個(gè)小時(shí)左右才能采摘完，此時(shí)期延續(xù)近1個(gè)月。由于采摘要求的溫度條件苛刻，果農(nóng)只能從半夜依靠手電筒開始摘果。許多果農(nóng)因此而患上了腰肌勞損，只能依靠止痛片壓制疼痛，每年盛果期都“怨聲載道”。采摘環(huán)節(jié)技術(shù)的落后制約了草莓生產(chǎn)面積的擴(kuò)大，也是草莓生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。從減輕種植草莓的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)的角度出發(fā)，將農(nóng)業(yè)機(jī)器人用于草莓收獲是一個(gè)很有前景的方向。從未來草莓生產(chǎn)的發(fā)展來看，草莓的生產(chǎn)絕不會(huì)僅限于鮮食用。當(dāng)草莓制品的消費(fèi)流行起來以后，將會(huì)出現(xiàn)專為生產(chǎn)草莓醬、草莓果汁和草莓罐頭等草莓制品的工廠提供原料的栽培基地。這樣的基地將具有種植面積大、工廠化管理等適合機(jī)械化采摘的特點(diǎn)，同時(shí)加工用草莓對(duì)外觀的要求不會(huì)太高，這樣更加有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化采摘?；谝陨锨闆r，可知在當(dāng)前草莓生產(chǎn)中，采摘的機(jī)械化和自動(dòng)化是一個(gè)亟待解決的問題。草莓采摘機(jī)器人的研制可以有效的減輕果農(nóng)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，