水果采摘裝置設(shè)計

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1、水果采摘裝置設(shè)計0文獻綜述0.1水果采摘實現(xiàn)機械化的必然趨勢在水果的生產(chǎn)作業(yè)中，收獲采摘是整個生產(chǎn)中最耗時最費力的一個環(huán)節(jié)。水果收獲期間需投入的勞力約占整個種植過程的50%~70%。采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響到水果的儲存、加工和銷售，從而最終影響市場價格和經(jīng)濟效益。水果收獲具有很強的時效性，屬于典型的勞動密集型的工作。但是由于采摘作業(yè)環(huán)境和操作的復雜性，水果采摘的自動化程度仍然很低，目前國內(nèi)水果的采摘作業(yè)基本上還是手工完成。在很多國家隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，勞動力不僅成本高，而且還越來越不容易得到，而人工收獲水果所需的成本在水果的整個生產(chǎn)成本中所占的比例

2、竟高達33%~50%。高枝水果的采摘還帶有一定的危險性。因此實現(xiàn)水果收獲的的機械化變得越來越迫切，發(fā)展機械化的收獲技術(shù)，研究開發(fā)水果采摘機器人具有重要的意義。研究和開發(fā)果蔬收獲的智能機器人技術(shù)對于解放勞動力、提高勞動生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證新鮮果蔬品質(zhì)，以及滿足作物生長的實時性要求等方面都有著重要的意義。采摘機器人是未來智能農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。2004年11月1日頒布施行的《中華人民共和國農(nóng)業(yè)機械化促進法》還明確規(guī)定國家采取措施鼓勵，扶持農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，機械采摘取代手工作業(yè)是必然的發(fā)展趨勢。0.2國外水果機械化采摘裝置研究進展及現(xiàn)狀水果的

3、機械化收獲技術(shù)已有40余年的研究歷史。收獲作業(yè)的自動化和機器人的研究始于20世紀60年代的美國，1968年美國學者Schertz和Brown首次提出應(yīng)用機器人技術(shù)進行果蔬的收獲，當時開發(fā)的收獲機器人樣機幾乎都需要有人的參與，因此只能算是半自動化的收獲機械。采用的收獲方式主要是機械震搖式和氣動震搖式，其缺點是果實易損，效率不高，特別是無法進行選擇性的收獲。從20世紀80年代中期開始，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是工業(yè)機器人技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟，以日本為代表的西方發(fā)達國家，包括美國、英國、法國、荷蘭、以色列、西班牙等國家，都在水果采摘

4、機器人方面做了大量的研究工作，涉及到的研究對象主要包括甜橙、蘋果、櫻桃、甜瓜、葡萄、草莓等，試驗成功了多種具有人工智能的收獲采摘機器人。應(yīng)用機器人技術(shù)進行水果的自動化收獲得到了快速的發(fā)展。法國是研究果蔬采摘機器人較早的國家之一，但由于技術(shù)、市場和價格等因素的影響，甜橙和蘋果采摘機器人已經(jīng)停產(chǎn)，采摘機器人的研究工作基本陷于停頓。美國在自動化收獲機器人的研究方面沒有一個很清晰的戰(zhàn)略，研究工作也基本處于停頓狀態(tài)。日本近年來開展了大量的收獲機器人研究項目，進展很快，但還未能真正實現(xiàn)商業(yè)化。荷蘭收獲機器人的研究工作走在很多國家的前面，但研究的果蔬種類并不多。0.3我國水果機械

5、化采摘裝置研究進展我國的國家專利中有上百種的水果采摘器，包括機械式、電動式、氣動式的果品采摘器，其中有的實現(xiàn)單方向的水果采摘，有的可改變方向能實現(xiàn)全方位的水果采摘。不過目前市場上商品化的采摘器品種還比較單一，且價格昂貴操作不便。我國在農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域的研究始于20世紀90年代中期，相對于發(fā)達國家起步較晚，果蔬采摘機器人的研究還處于起步階段。目前我國不少院校、研究所都在進行采摘機器人和智能農(nóng)業(yè)機械相關(guān)的研究。東北林業(yè)大學的陸懷民研制了林木球果采摘機器人，它主要由5個自由度機械手、行走機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)組成。郭峰等運用彩色圖像處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開發(fā)了

6、草莓揀選機器人，采用氣動驅(qū)動器將草莓推到不同的等級方向。浙江大學的應(yīng)義斌等人完成了水果自動分級機器人的研究開發(fā)。0.4水果機械化采摘裝置發(fā)展方向雖然水果的機械化作業(yè)最早可以追溯到上個世紀60年代，但由于簡單的機械收獲易造成果蔬損傷，因此在收獲柔軟新鮮的果蔬方面還存在很大的局限性而且果蔬收獲往往需要有選擇性地進行，此外市場對果蔬的新鮮度也有很高的要求，這就要求果蔬的收獲要有很高的時效性。因此，在果蔬收獲中采用機器人作業(yè)，實現(xiàn)果蔬收獲的自動化和智能化，是解決上述問題的最好方式。采摘水果的機器人有他自身的特點:它們一般是在室外工作，作業(yè)環(huán)境較差，但是在精度上卻沒有工業(yè)機器

7、人那樣要求高。果蔬采摘機器人操作者是知識水平較低的普通農(nóng)民，不是具有機電知識的專門的技術(shù)人員。因此要求果蔬采摘機器人操作技術(shù)不能太復雜，必須具有很高可靠性和操作簡單的特點。另外，水果的生產(chǎn)業(yè)以個體經(jīng)營為主，考慮到經(jīng)濟效益，采摘器的價格不能太高，否則會就很難普及。采摘機器人作為農(nóng)業(yè)機器人的重要應(yīng)用具有很大的發(fā)展?jié)摿?。日后的水果采摘機器人的研究工作必須朝以下方向發(fā)展:①能夠準確地識別和定位成熟果實，并且能引導末端執(zhí)行器準確的接近目標;②研制靈巧的、不傷果實的采摘機器人末端執(zhí)行器;③采摘機器人的行走機構(gòu)必須適應(yīng)田間的復雜環(huán)境;④視覺系統(tǒng)要迅速識別定位果實，控制系統(tǒng)和機