劉繼展

(江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 鎮(zhèn)江 212013)

引言

世界上廣泛應(yīng)用溫室進(jìn)行設(shè)施栽培，20 世紀(jì)后期以來設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)得到了大規(guī)模迅猛發(fā)展。設(shè)施農(nóng)業(yè)是典型的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其中鮮食果蔬的收獲又是占用勞動(dòng)力最多[1-2]且最難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。即使發(fā)達(dá)國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)已達(dá)到了高度自動(dòng)化，但采摘環(huán)節(jié)仍依賴大量人工來完成，實(shí)現(xiàn)采摘作業(yè)的自動(dòng)化已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。因此，國內(nèi)外針對(duì)溫室采摘機(jī)器人技術(shù)開展了大量研究并取得了重要成果。

中國現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)面積超過400萬hm2，占世界設(shè)施園藝總面積的85%。近幾十年來中國的設(shè)施農(nóng)業(yè)借助農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力資源豐富的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展，但是農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力急缺、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力成本驟升和居民對(duì)設(shè)施蔬果品質(zhì)要求的提高，已使我國設(shè)施農(nóng)業(yè)遇到了發(fā)展的瓶頸。解決關(guān)鍵采摘環(huán)節(jié)的勞動(dòng)力替代問題，使我國采摘機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展成為必然。

番茄、草莓和黃瓜、甜椒、茄子是全球生產(chǎn)和消費(fèi)最為廣泛的鮮食菜果，也是采摘機(jī)器人研究最為活躍、研發(fā)成果最為豐富的領(lǐng)域。本文針對(duì)上述果蔬采摘機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，進(jìn)而總結(jié)溫室采摘機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵與歷史特征，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 番茄采摘機(jī)器人技術(shù)

1.1 鮮食番茄及其機(jī)器人采摘

番茄是全球最廣泛種植和廣受歡迎的蔬果之一，盡管發(fā)達(dá)國家的加工番茄所占比重較大，但鮮食番茄仍占全球番茄產(chǎn)量的近80%，而中國鮮食番茄比重更高達(dá)90%。與加工番茄已普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲相比，鮮食番茄的收獲仍完全依賴人工，因而其機(jī)器人選擇性采摘研究較早得到全球研究者的重視并產(chǎn)生了諸多成果。

同時(shí)，番茄具有成串生長(zhǎng)特性，但針對(duì)番茄成熟的差異及鮮食番茄市場(chǎng)的需要，目前除了KONDO等[3-5]進(jìn)行了成串番茄采摘機(jī)器人的開發(fā)研究以外(圖1)，絕大多數(shù)研究均面對(duì)番茄的單果采摘。番茄的成串生長(zhǎng)造成果實(shí)之間貼碰與重疊遮擋嚴(yán)重，番茄果實(shí)的生長(zhǎng)方位差異極大，使番茄亦被公認(rèn)為機(jī)器人收獲難度最大的蔬果之一。

圖1 KONDO等開發(fā)的番茄成穗采摘機(jī)器人Fig.1 Tomato cluster harvesting robot developed by KONDO

1.2 日本的番茄采摘機(jī)器人研究成果

日本早在20世紀(jì)80年代初即開始了番茄采摘機(jī)器人的研究，數(shù)十年來京都大學(xué)、岡山大學(xué)、島根大學(xué)、神奈川技術(shù)學(xué)院、大阪州立大學(xué)等高校以及武豊町設(shè)施生產(chǎn)部等均推出了番茄采摘機(jī)器人樣機(jī)，近藤直、門田充司等專家引領(lǐng)了番茄采摘機(jī)器人技術(shù)的研究方向。

1.2.1番茄果實(shí)的逐個(gè)采摘

京都大學(xué)的川村登等較早進(jìn)行了番茄采摘機(jī)器人的開發(fā)[6-7](圖2)，樣機(jī)采用0.52、0.25 m/s的雙速電動(dòng)輪式底盤、5自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂和兩指夾持器，利用單相機(jī)相對(duì)于底盤的位姿移動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)果實(shí)的定位。盡管限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，樣機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能尚不夠完善，但已構(gòu)成了移動(dòng)式番茄采摘機(jī)器人的基本實(shí)現(xiàn)原理和框架。

圖2 京都大學(xué)開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人Fig.2 Tomato harvesting robot of Kyoto University

KONDO等也參與了上述研究，并隨后進(jìn)行了番茄采摘機(jī)器人的系統(tǒng)開發(fā)[8-13](圖3)，采用輪式底盤和7自由度冗余機(jī)械臂，使機(jī)械臂的工作空間和姿態(tài)多樣性能夠有效滿足番茄果實(shí)采摘的避障與到達(dá)要求。先后研發(fā)了兩指和柔性四指末端執(zhí)行器[13-15]，均安裝了真空吸持系統(tǒng)并采用了相似的動(dòng)作原理，即首先由吸盤吸持拉動(dòng)果實(shí)將目標(biāo)果實(shí)從果穗中相鄰果實(shí)間隔離出來，再夾持果實(shí)，通過扭斷或折斷果梗的方式實(shí)現(xiàn)采摘。該研究對(duì)全球番茄采摘機(jī)器人的發(fā)展具有重要的影響。

圖3 KONDO等開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人Fig.3 Tomato harvesting robot developed by KONDO

圖4 針對(duì)單架逆生栽培模式的番茄采摘機(jī)器人Fig.4 Harvesting robot for single truss upside down tomato production

KONDO和門田充司等進(jìn)而針對(duì)單架逆生番茄栽培模式提出了不同的機(jī)器人結(jié)構(gòu)[16-17](圖4)。該模式中番茄根部生在上部的移動(dòng)水培槽內(nèi)，而果串下垂生長(zhǎng)，枝葉修剪后機(jī)器人能夠更容易發(fā)現(xiàn)和到達(dá)果串。因而僅由平面直角坐標(biāo)機(jī)械臂配置與圖4相同的柔性四指末端執(zhí)行器即可滿足采摘?jiǎng)幼餍枰?。試?yàn)證實(shí)末端執(zhí)行器對(duì)果實(shí)的采摘總成功率為78%，其中過成熟果實(shí)會(huì)造成夾持的滑脫而無法施加彎折，并由于果梗開始木質(zhì)化而難以順利折斷；而由于未成熟果實(shí)的離層發(fā)育不充分，折斷率也受到影響。

HAYASHI等[18]開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人(圖5a)，由雙目視覺進(jìn)行成熟果實(shí)的識(shí)別與定位，采用了2 900 mm×1 400 mm的履帶式底盤和三菱5自由度垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)械臂，其末端執(zhí)行器通過真空吸盤將果實(shí)吸持拉動(dòng)一定距離后，兩指夾持住果實(shí)后扭斷或切斷果梗(圖5b)。試驗(yàn)前先通過人工摘除葉子和未成熟果實(shí)，進(jìn)行了環(huán)境簡(jiǎn)化，試驗(yàn)結(jié)果表明單果的采摘周期為41 s，其中成熟果實(shí)的識(shí)別耗時(shí)和正確識(shí)別率分別為7s和92.5%，其中83.8%能采下，但其中1/3出現(xiàn)果皮破裂等損傷，因而總的成功采摘率僅為56.8%。對(duì)于番茄采收而言，該機(jī)尺寸偏大，末端夾持分離方式的損傷率偏高，同時(shí)復(fù)雜實(shí)際環(huán)境的作業(yè)效果尚待證實(shí)。

圖5 HAYASHI開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人Fig.5 Tomato harvesting robot developed by HAYASHI

YASUKAWA等[19]以單架栽培番茄為對(duì)象，開發(fā)了簡(jiǎn)易的軌道式番茄采摘機(jī)器人樣機(jī)(圖6)，包括商用6自由度串聯(lián)式機(jī)械臂和末端執(zhí)行器，并由Kinect V2體感攝像頭的彩色與紅外信息融合實(shí)現(xiàn)果實(shí)的識(shí)別。該樣機(jī)尚需進(jìn)行室內(nèi)與田間的試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖6 YASUKAWA設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)器人Fig.6 Tomato harvesting robot developed by YASUKAWA

圖7 YAGUCHI研制的番茄采摘機(jī)器人Fig.7 Tomato harvesting robot developed by YAGUCHI

東京大學(xué)YAGUCHI等[20]利用電動(dòng)輪式全方位底盤、UR5通用6關(guān)節(jié)機(jī)械臂、Sony的PS4雙目立體相機(jī)，并配備夾持扭轉(zhuǎn)式兩自由度末端執(zhí)行器組成的番茄采摘機(jī)器人(圖7a)，可實(shí)現(xiàn)自然光下溫室淺通道內(nèi)的采摘作業(yè)，經(jīng)過優(yōu)化使每果的識(shí)別采摘周期從85 s下降為23 s，作業(yè)中會(huì)出現(xiàn)夾持失敗、花萼受損和夾持多果而采摘失敗的現(xiàn)象。

該研究組還開發(fā)了仿人型雙臂式番茄采摘機(jī)器人(圖7b)[21]，該機(jī)器人裝備了全方位底盤，并在頭部和腕部分別安裝Xtion和Carmine體感攝像頭，每臂有7個(gè)自由度，并安裝夾剪一體式末端執(zhí)行器。該機(jī)器人完成了室內(nèi)懸掛番茄的采摘試驗(yàn)，目前僅能由人發(fā)送命令來完成采摘，證實(shí)了仿人作業(yè)的可行性，但識(shí)別定位和作業(yè)中均有待完善和改進(jìn)。

1.2.2櫻桃番茄果實(shí)的逐個(gè)采摘

KONDO等[22-24]開發(fā)的櫻桃番茄采摘機(jī)器人，采用了電動(dòng)4輪底盤和與普通番茄單果采摘相同的7自由度冗余度機(jī)械臂，開發(fā)了針對(duì)櫻桃番茄的吸入-切斷-軟管回收式末端執(zhí)行器，通過真空將櫻桃番茄吸入軟管，并由鉗子合攏夾斷果梗，番茄經(jīng)軟管輸送到果箱中(圖8)。這類末端執(zhí)行器通常只適用于櫻桃番茄、草莓等小果實(shí)的采摘，且軟管必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以避免果實(shí)的損傷[23]。通過底盤上單相機(jī)的水平與豎直移動(dòng)獲得兩幅圖像，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)果實(shí)定位。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采摘成功率為70%，對(duì)于較短和較粗果梗的果實(shí)，吸入環(huán)節(jié)出現(xiàn)困難。該機(jī)器人對(duì)單架栽培櫻桃番茄具有較好的采摘效果，而對(duì)于有兩個(gè)以上長(zhǎng)梗的多架栽培，由于會(huì)出現(xiàn)果串定位錯(cuò)誤，初期試驗(yàn)成功率僅23%[22]。

圖8 KONDO開發(fā)的櫻桃番茄采摘機(jī)器人Fig.8 Cherry tomato harvesting robot developed by KONDO

大阪府立大學(xué)的TANIGAKI等[25]認(rèn)為，植株的種植模式對(duì)機(jī)器人采摘的性能影響很大。對(duì)傳統(tǒng)的杯型種植，果實(shí)非常分散，機(jī)器人需要很大的工作空間，同時(shí)枝干的空間分布使采摘作業(yè)非常困難，而單枝栽培模式由于葉柄很短，果實(shí)識(shí)別大大簡(jiǎn)化。針對(duì)單枝栽培櫻桃番茄開發(fā)的采摘機(jī)器人(圖9)，采用3維視覺傳感器，并設(shè)計(jì)了4自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂和吸-夾-折斷式末端執(zhí)行器。 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果實(shí)識(shí)別成功率為59%，盡管通過調(diào)整傳感器方向可以檢測(cè)出部分隱藏的果實(shí)，但仍有很多被遮擋果實(shí)不能檢出。單果的采摘時(shí)間約為14 s，盡管該末端執(zhí)行器兩指上都加裝了半環(huán)型橡膠板，但相鄰的番茄和障礙物仍然可能進(jìn)入兩指間，從而造成手指不能正確夾持目標(biāo)果實(shí)的果梗，并可能造成果實(shí)損傷。

圖9 大阪府立大學(xué)設(shè)計(jì)的櫻桃番茄采摘機(jī)器人Fig.9 Cherry tomato harvesting robot developed by Osaka Prefecture University

圖10 FUJIURA等開發(fā)的櫻桃番茄采摘機(jī)器人Fig.10 Cherry tomato harvesting robot developed by FUJIURA

FUJIURA等[26-27]針對(duì)45° 傾斜水培櫻桃番茄進(jìn)行了采摘機(jī)器人的開發(fā)(圖10)。該模式中番茄植株以45 cm間隔定植，由麻繩45° 傾斜吊蔓，被采果實(shí)在均勻高度范圍內(nèi)。開發(fā)的樣機(jī)采用四驅(qū)電動(dòng)輪式底盤，配置4自由度直角坐標(biāo)機(jī)械臂，在末端執(zhí)行器前部安裝近紅外立體視覺傳感器，初期采用軟管吸入折斷和回收方式，后改為通過吸持-擺動(dòng)剪斷并由開口布袋回收入果箱。在大阪南區(qū)農(nóng)家溫室的試驗(yàn)表明，135粒果實(shí)的收獲成功率為85%，其中花萼未受損率為92%，完成22粒果實(shí)收獲的總時(shí)間為252 s。而在其校內(nèi)栽培設(shè)施內(nèi)進(jìn)行的試驗(yàn)中，129粒果實(shí)的收獲成功率為81%，其中花萼未受損率達(dá)到了98%。

FUJIURA等[28-29]進(jìn)而將該果實(shí)識(shí)別定位與技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)型栽培櫻桃番茄，因而機(jī)器人可以不用移動(dòng)底盤而以臺(tái)式完成工作。田間試驗(yàn)證實(shí)其單果采摘周期約為12 s，采摘成功率達(dá)到了81%，其中98%的果實(shí)的花萼保持了完整。

1.3 中國的番茄采摘機(jī)器人研究進(jìn)展

中國開展番茄采摘機(jī)器人研究的時(shí)間較晚，但目前科研力量的投入和成果數(shù)量已進(jìn)入世界前列。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李偉團(tuán)隊(duì)開發(fā)的機(jī)型[30-31](圖11)，以商用履帶式平底盤為基礎(chǔ)，開發(fā)了4自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械臂和夾剪一體式兩指氣動(dòng)式末端執(zhí)行器，并配置了雙目視覺系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，每一果實(shí)采摘平均耗時(shí)為28 s，采摘成功率為86%，其中陰影、亮斑、遮擋對(duì)識(shí)別效果造成影響，且在茂盛冠層間機(jī)械臂會(huì)刮蹭到莖葉并造成果實(shí)偏移，同時(shí)末端執(zhí)行器可能會(huì)無法實(shí)施夾持，較粗果梗無法剪斷或拉拽過程中果實(shí)掉落。

圖11 李偉團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)器人Fig.11 Tomato harvesting robot developed by LI Wei team of China Agricultural University

國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心馮青春等[32-33]針對(duì)吊線栽培番茄開發(fā)的采摘機(jī)器人(圖12)，采用軌道式移動(dòng)升降平臺(tái)，配置4自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂，并設(shè)計(jì)了吸持拉入套筒、氣囊夾緊進(jìn)而旋擰分離的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，并配置了線激光視覺系統(tǒng)，分別由CCD相機(jī)和激光豎直掃描實(shí)現(xiàn)果實(shí)的識(shí)別和定位。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，番茄單果的采摘作業(yè)耗時(shí)約24 s，在強(qiáng)光和弱光下的采摘成功率分別達(dá)83.9%和79.4%。

圖12 馮青春等設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)器人Fig.12 Tomato harvesting robot developed by FENG Qingchun

上海交通大學(xué)ZHAO等[34]為提高作業(yè)效率，開發(fā)了雙臂式番茄采摘機(jī)器人(圖13)，利用溫室內(nèi)的加熱管作為底盤行進(jìn)軌道，安裝了2只3自由度PRR式機(jī)械臂，并分別開發(fā)了帶傳動(dòng)滾刀式末端執(zhí)行器和吸盤筒式末端執(zhí)行器，利用雙目立體視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)果實(shí)的識(shí)別與定位。

圖13 上海交通大學(xué)ZHAO等設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)器人Fig.13 Tomato harvesting robot developed by ZHAO et al. from Shanghai Jiaotong University

江蘇大學(xué)劉繼展等[35-37]圍繞番茄采摘機(jī)器人技術(shù)開展了持續(xù)研究。所開發(fā)的新型末端執(zhí)行器(圖14a)，具備多維力位感知能力，配置了真空吸盤裝置和由光纖激光器、聚焦透鏡及微型電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的果梗激光切割裝置，并以此為平臺(tái)先后開展了果實(shí)夾持碰撞與快速柔順采摘[38-42]、果梗激光切割[43-44]、真空吸持拉動(dòng)建模與控制[37,45-46]、手臂協(xié)調(diào)控制等研究[47-48](圖14b)。隨后針對(duì)番茄果實(shí)空間分布和快速避障作業(yè)的需要，通過對(duì)24種構(gòu)型的比較優(yōu)選，開發(fā)了4轉(zhuǎn)動(dòng)、2直動(dòng)的伸縮式 PRRRPR 型機(jī)械臂[37,49]，進(jìn)而開發(fā)成功配置輪式底盤、夾剪一體末端執(zhí)行器和雙目視覺系統(tǒng)的移動(dòng)式番茄采摘機(jī)器人樣機(jī)(圖14c)和與之協(xié)同作業(yè)的溫室果實(shí)接運(yùn)機(jī)器人(圖14d)，實(shí)現(xiàn)番茄采摘、現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)、收集、運(yùn)輸和卸果的全程自動(dòng)化作業(yè)[37]。

圖14 江蘇大學(xué)劉繼展等設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)器人及配套接運(yùn)機(jī)器人Fig.14 Tomato harvesting robot and cooperated transport robot developed by LIU Jizhan et al. from Jiangsu University

臺(tái)灣國立宜蘭大學(xué)CHIU等[50-53]開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人(圖15)，將三菱5自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂和剪叉式升降移動(dòng)底盤相結(jié)合，并加裝了電磁鐵驅(qū)動(dòng)的四指欠驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器，并通過單CCD相機(jī)的位置移動(dòng)對(duì)目標(biāo)果實(shí)進(jìn)行識(shí)別和定位。樣機(jī)的總體尺寸為1 650 mm×700 mm×1 350 mm，質(zhì)量為219 kg。采摘成功率為73.3%，采摘中未出現(xiàn)損傷，主要失敗原因是吸盤不能對(duì)其果實(shí)完成吸持，以及果梗無法扭斷。采摘的平均耗時(shí)達(dá)74.6 s。

圖15 臺(tái)灣國立宜蘭大學(xué)CHIU研制的番茄采摘機(jī)器人Fig.15 Tomato harvesting robot developed by National Ilan University

此外，美國也開展了番茄采摘機(jī)器人的研究。美國俄亥俄州立大學(xué)LING等[54]開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人，采用了液壓底盤和商用的安川6自由度機(jī)械臂，開發(fā)了配置掌心相機(jī)的柔性四指末端執(zhí)行器(圖16)，通過真空吸盤吸持將目標(biāo)果實(shí)拉離果束，進(jìn)而由四指包絡(luò)和拉斷果梗完成采摘。

圖16 俄亥俄州立大學(xué)開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人Fig.16 Tomato harvesting robot developed by Ohio State University

2 草莓采摘機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 日本的草莓采摘機(jī)器人研究進(jìn)展

日本是草莓生產(chǎn)和銷售大國，近幾十年來其年產(chǎn)量一直居于世界前列[55]，其草莓采摘機(jī)器人研究水平也遙遙領(lǐng)先，先后推出了多種樣機(jī)。根據(jù)草莓種植的地面栽培、高壟栽培、架式栽培等不同模式，其識(shí)別與采摘機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)差異極大，不同研究者提出了形式各異的機(jī)器人裝備。

2.1.1高壟栽培的草莓采摘機(jī)器人

在日本，傳統(tǒng)地面栽培已逐漸被高壟栽培和高架栽培所替代。高壟栽培將作物種在20～30 cm高的壟上，通過抬高栽培行，增強(qiáng)通風(fēng)、節(jié)省用水、擴(kuò)大土壤表面積、防止污染果實(shí)，從而有效提高了產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)，高壟間留下的過道大大方便了田間管理作業(yè)的實(shí)施。

日本的高壟栽培分為外培和內(nèi)培兩大類，外培是在高壟上種植兩行草莓，使果實(shí)垂在壟地兩側(cè)斜面上生長(zhǎng)；內(nèi)培是使果實(shí)生長(zhǎng)在壟內(nèi)即壟地水平面上[56]。由于內(nèi)培的果實(shí)結(jié)在高壟的水平面上，更適合機(jī)器行進(jìn)采收。目前也主要針對(duì)內(nèi)培發(fā)展了各類采摘機(jī)器人，并針對(duì)梗-果的平躺生長(zhǎng)方式多采用豎直向下采摘作業(yè)。

KONDO等[57]針對(duì)高壟內(nèi)培草莓開發(fā)的第一代采摘機(jī)器人樣機(jī)，在龍門式移動(dòng)平臺(tái)上安裝3自由度直角坐標(biāo)機(jī)械臂，并開發(fā)了吸入旋轉(zhuǎn)切斷式末端執(zhí)行器(圖17)。作業(yè)時(shí)，由末端執(zhí)行器上安裝的超聲傳感器測(cè)量到高壟面的豎直距離，并由彩色CCD相機(jī)檢測(cè)果實(shí)，進(jìn)而機(jī)械臂移動(dòng)使末端的吸筒對(duì)準(zhǔn)果實(shí)并下行吸持果實(shí)，直到3對(duì)光電開關(guān)檢測(cè)到果實(shí)。最后內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)將果梗切斷，果實(shí)被移送到果盤內(nèi)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸持方式對(duì)較小果實(shí)非常有效，但34%的果實(shí)不能被吸持或不能切斷果梗。

圖17 KONDO等開發(fā)的第一代內(nèi)培草莓采摘機(jī)器人Fig.17 The first generation harvesting robot for strawberry grown on annual hill top developed by KONDO

ARIMA和KONDO等又開發(fā)了多功能作業(yè)機(jī)器人，采摘仍采用龍門行走、直角坐標(biāo)機(jī)械臂和彩色CCD相機(jī)，但改用了“勾取切斷式”末端執(zhí)行器[58](圖18)，采摘時(shí)鉤子接近并勾住目標(biāo)果實(shí)的果梗，并上提將目標(biāo)果實(shí)拉離附近果實(shí)，然后手指夾住果梗，切刀將果梗切斷。對(duì)該末端執(zhí)行器的采摘效果未見試驗(yàn)方面的報(bào)道。

圖18 KONDO等改進(jìn)的內(nèi)培草莓采摘機(jī)器人Fig.18 Improved harvesting robot for strawberry grown on annual hill top developed by KONDO

KONDO等[59-61]隨后開發(fā)了第二代采摘機(jī)器人樣機(jī)，其在第一代基礎(chǔ)上主要改進(jìn)了末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu) (圖19)，該末端執(zhí)行器利用真空系統(tǒng)將草莓吸入吸頭內(nèi)，吸頭轉(zhuǎn)動(dòng)切斷果梗。為增加分離成功率，又增加了張合爪勾住果梗將之切斷。這類末端執(zhí)行器可以認(rèn)為是吸入旋轉(zhuǎn)切斷式[57]和勾取切斷式末端執(zhí)行器[58]的結(jié)合，可以有效提高采摘成功的幾率，但相應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也有所增加。對(duì)于果實(shí)嬌嫩、果梗柔軟細(xì)長(zhǎng)的草莓等果實(shí)，吸持和勾取可能比夾持的獲取方式更為可行。田間試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)單果采摘周期約為7s，果實(shí)幾乎能全部成功采下，但臨近的果實(shí)可能會(huì)隨同目標(biāo)果實(shí)被吸入。

圖19 KONDO等開發(fā)的第二代內(nèi)培草莓采摘機(jī)器人Fig.19 The second generation harvesting robot for strawberry grown on annual hill top developed by KONDO

日本宮崎大學(xué)的NAGATA、CUI等開發(fā)的采摘機(jī)器人(圖20a)，則由3自由度直角坐標(biāo)機(jī)械臂帶動(dòng)末端執(zhí)行器豎直向下夾持并剪斷果梗[62-65]。首先以氣動(dòng)平行夾持器為基礎(chǔ)開發(fā)了夾剪一體式末端執(zhí)行器[65](圖20b)，進(jìn)而又開發(fā)了以氣動(dòng)平行夾持器帶動(dòng)的剪刀式夾剪一體末端執(zhí)行器，并配備了光纖傳感器的觸地安全保護(hù)(圖22c)。該機(jī)器人配置了固定-移動(dòng)雙相機(jī)，在白色或黑色塑料膜背景上進(jìn)行果實(shí)的識(shí)別與定位。在該作業(yè)條件下，識(shí)別定位與采摘作業(yè)的難度都顯著降低，試驗(yàn)表明該機(jī)器人識(shí)別與采摘的平均耗時(shí)分別為1 s和6 s，果梗檢測(cè)成功率達(dá)93%，部分由于遮擋而檢測(cè)失敗。在黑色膜上的采摘成功率達(dá)96%，不存在誤采但出現(xiàn)少量漏采。在白色膜上由于出現(xiàn)反射亮斑而影響檢測(cè)，成熟度較低的果實(shí)無法采到，但成功率也超過了90%。

圖20 宮崎大學(xué)研制的內(nèi)培草莓采摘機(jī)器人Fig.20 Harvesting robot for strawberry grown on annual hill top developed by Miyazaki University

2.1.2高架栽培的草莓采摘機(jī)器人

高架栽培是近年來發(fā)展的一種新型栽培模式，通過樹立支撐或懸掛使栽培床離開地面，果實(shí)在栽培床兩側(cè)懸垂式生長(zhǎng)。由于其具有省力、潔凈、高產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，得到了迅速發(fā)展和推廣。高架栽培對(duì)機(jī)器人采摘極其有利：果實(shí)懸掛生長(zhǎng)，果、葉分離[56]；果梗較長(zhǎng)且姿態(tài)簡(jiǎn)單；果、葉、梗間的交雜、遮擋很少。高架栽培的大規(guī)模普及為采摘機(jī)器人應(yīng)用提供了條件[56]，相關(guān)研究也產(chǎn)生了諸多成果。

愛媛大學(xué)ARIMA等[66]針對(duì)懸掛式栽培床開發(fā)的草莓采摘機(jī)器人 (圖21)，采用4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)底盤，由于機(jī)械臂不需躲避障礙物且控制簡(jiǎn)單，因而開發(fā)了5自由度極坐標(biāo)機(jī)械臂，由單CCD相機(jī)得到果實(shí)的2維信息，而近似認(rèn)為果實(shí)在相同床側(cè)豎直平面內(nèi)。開發(fā)了配備光電開關(guān)的氣動(dòng)水平吸持扭轉(zhuǎn)切斷式末端執(zhí)行器和儲(chǔ)果盤。試驗(yàn)表明機(jī)器人能夠無損采下所有果實(shí)，但部分未成熟果實(shí)也被采下。單果采摘的平均耗時(shí)為14～20 s。同時(shí)，研究認(rèn)為因?yàn)楦呒茉耘啻蟠蠓奖懔藱C(jī)器人采摘，因而機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制算法可以大大簡(jiǎn)化。

圖21 ARIMA等初期開發(fā)的高架草莓采摘機(jī)器人Fig.21 Early model of harvesting robot for strawberry grown on table top culture earlier developed by ARIMA et al

ARIMA、KONDO在上述研究基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化改進(jìn)，在栽培床下安裝3坐標(biāo)平動(dòng)和1轉(zhuǎn)動(dòng)直角坐標(biāo)機(jī)械臂，并沿用“吸入切斷式”末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，由真空泵產(chǎn)生真空，吸頭將果實(shí)吸入末端執(zhí)行器，由3個(gè)光電傳感器確定果實(shí)的位置，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)將果梗引導(dǎo)進(jìn)入切割位置將之切斷[60,67](圖22)。機(jī)器人仍由單CCD相機(jī)進(jìn)行果實(shí)的識(shí)別和定位。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)果實(shí)能夠無損采下，但仍存在臨近的未成熟果實(shí)容易隨同目標(biāo)果實(shí)被一同吸入采下的不足。由于結(jié)構(gòu)和控制算法的簡(jiǎn)化，每果的采摘耗時(shí)縮短到10 s左右[60,67-70]。

圖22 KONDO等改進(jìn)的高架草莓采摘機(jī)器人Fig.22 Improved harvesting robot for strawberry grown on table top culture developed by KONDO et al

圖23 KONDO與農(nóng)研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的第二代高架草莓采摘機(jī)器人樣機(jī)Fig.23 Second generation harvesting robot for strawberry grown on table top culture developed by KONDO and BRAIN

KONDO與農(nóng)研機(jī)構(gòu)HAYASHI等聯(lián)合開發(fā)的第二代采摘機(jī)器人樣機(jī)(圖23)，在導(dǎo)軌移動(dòng)平臺(tái)上安裝龍門式橫移、上下直動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)3自由度直角坐標(biāo)機(jī)械臂，并用5個(gè)120粒發(fā)光二極管式LED光源和3個(gè)相機(jī)構(gòu)成機(jī)器視覺單元，兩側(cè)相機(jī)用來對(duì)果實(shí)識(shí)別和定位，而中心相機(jī)則用于識(shí)別果梗和判斷其傾角。開發(fā)的“吸持-夾持切斷式”草莓采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器[2, 60,71]，在夾剪一體夾持器的基礎(chǔ)上，增加了吸持裝置[2,60,71-72]，用以補(bǔ)償由于草莓尺寸、形狀和環(huán)境差異造成的3維位置誤差[2, 60,71-72]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)果梗檢測(cè)成功率為60%，有無吸盤時(shí)的采摘成功率分別為41.3%和34.9%，每果采摘的平均耗時(shí)為11.5 s。失敗主要源自左右相機(jī)圖像的匹配失敗，而吸盤對(duì)采摘成功率的影響不顯著，僅有助于采后移送中防止晃動(dòng)，同時(shí)存在盡管果梗未被檢出仍成功采摘的情況和未成熟果實(shí)被誤采的情況。

HAYASHI等在此第二代樣機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)推出了第三代和第四代樣機(jī)(圖24、25)，第三代樣機(jī)沿用了二代樣機(jī)的視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軌道移動(dòng)平臺(tái)和龍門式機(jī)械臂，但末端執(zhí)行器根據(jù)第二代樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果去除了吸盤裝置，并由透射式光電傳感器確認(rèn)果實(shí)的存在[73]。第四代樣機(jī)則在沿用軌道移動(dòng)平臺(tái)和龍門式機(jī)械臂的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，并改用長(zhǎng)條形LED點(diǎn)陣光源和3個(gè)相機(jī)構(gòu)成機(jī)器視覺單元，將末端執(zhí)行器上的透射式光電傳感器改為反射式光電傳感器，整機(jī)質(zhì)量從第三代樣機(jī)的345 kg縮減為245 kg[73]。試驗(yàn)表明第三代樣機(jī)的采摘成功率和平均耗時(shí)分別為60.0%～65.6%和8.8 s，第四代樣機(jī)通過去除等待時(shí)間而使采摘平均耗時(shí)下降為6.3 s，但采摘成功率僅有52.6%，其中存在多次作業(yè)完成采摘的情況[73]。失敗絕大多數(shù)來自于被部分遮擋的果實(shí)的無法成功檢測(cè)，少量來自于果梗檢測(cè)誤差造成的切斷失敗，并存在未成熟果實(shí)被誤采的情況[55,73]。采摘成功率的下降主要是由于新光源的光照不均勻性，需進(jìn)一步對(duì)光源排列和機(jī)器視覺算法進(jìn)行優(yōu)化[73]。

圖24 農(nóng)研機(jī)構(gòu)第三代高架草莓采摘機(jī)器人樣機(jī)Fig.24 The third generation harvesting robot for strawberry grown on table top culture developed by BRAIN

圖25 農(nóng)研機(jī)構(gòu)第四代高架草莓采摘機(jī)器人樣機(jī)Fig.25 The fourth generation harvesting robot for strawberry grown on table top culture of BRAIN

圖26 農(nóng)研機(jī)構(gòu)的移動(dòng)高架草莓配套臺(tái)式采摘機(jī)器人Fig.26 Stationary harvesting robot for strawberry grown on movable bench unit developed by BRAIN

YAMAMOTO和HAYASHI還針對(duì)沿軌道的移動(dòng)栽培床系統(tǒng)，開發(fā)了基座固定的草莓采摘機(jī)器人[74-76](圖26a)，采用了由下向上檢測(cè)和采摘的方式。該機(jī)器人配置了7自由度工業(yè)機(jī)械臂，開發(fā)了吸-吹-夾-拉式末端執(zhí)行器(圖26b)，首先從下部接近并由吸盤吸住果實(shí)，由噴嘴吹開相鄰果、葉，進(jìn)而兩指包住果實(shí)，最后傾斜一定角度將果實(shí)拉下。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采摘成功率達(dá)67.1%，相鄰果實(shí)會(huì)造成影響，存在果實(shí)損傷、相鄰果實(shí)被采下和未成熟果實(shí)被采下的情況，每果的采摘平均耗時(shí)為31.5 s。

YAMAMOTO和HAYASHI還將3自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂與軌道移動(dòng)平臺(tái)相結(jié)合，構(gòu)成從懸掛架式栽培床下方進(jìn)行兩側(cè)機(jī)器人采摘的作業(yè)模式[77](圖27)。田間試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)采摘成功率達(dá)89.1%，平均采摘周期為22.2 s。當(dāng)果實(shí)較密集時(shí)機(jī)器人可能誤選擇果梗，同時(shí)手指容易和相鄰果梗相碰并出現(xiàn)夾持失敗。

圖27 農(nóng)研機(jī)構(gòu)研制的高架下部雙側(cè)草莓采摘機(jī)器人Fig.27 Strawberry double-sided harvesting robot worked below hanging bench developed by BRAIN

前川制作所YAMASHITA等和農(nóng)研機(jī)構(gòu)YAMAMOTO等還針對(duì)懸掛架式栽培合作開發(fā)了M-3型草莓采摘機(jī)器人[78-79](圖28a)，采用軌道式移動(dòng)平臺(tái)和3轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)械臂，并配置了掌心相機(jī)和雙目立體視覺系統(tǒng)，開發(fā)了夾剪一體雙刀對(duì)稱型末端執(zhí)行器(圖28b)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩側(cè)高架草莓的收獲。試驗(yàn)表明，紅頰草莓的識(shí)別和采摘成功率分別為68.7%和50.6%，而天乙女草莓識(shí)別和采摘成功率則分別達(dá)到75.0%和63.0%，平均采摘耗時(shí)超過37 s。

圖28 M-3型高架草莓采摘機(jī)器人Fig.28 M-3 harvesting robot for strawberry grown on elevated substrate bed

2.2 中國的草莓采摘機(jī)器人研究進(jìn)展

中國的草莓機(jī)器人收獲研究也起步較早，并在多家機(jī)構(gòu)得到持續(xù)開展。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中團(tuán)隊(duì)最早開展了草莓采摘機(jī)器人的研究，分別對(duì)壟作和高架草莓栽培推出了不同樣機(jī)。針對(duì)壟作草莓推出的機(jī)器人采摘系統(tǒng)[80](圖29a)，由3直動(dòng)直角坐標(biāo)機(jī)械臂配置夾持剪切式末端執(zhí)行器，并分別在機(jī)架和臂上安裝CCD相機(jī)構(gòu)成視覺系統(tǒng)。針對(duì)高架草莓推出的采摘機(jī)器人“采摘童1號(hào)”樣機(jī)[81](圖29b)，采用微型履帶底盤，配置3直動(dòng)的直角坐標(biāo)機(jī)械臂和夾剪一體式末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器下方安裝攝像頭用以檢測(cè)果實(shí)并判斷位置偏差，爪上安裝光纖傳感器用以檢測(cè)果柄的存在。試驗(yàn)結(jié)果采摘成功率達(dá)88%，單果采摘平均耗時(shí)為18.54 s。該“采摘童1號(hào)”樣機(jī)在第七屆世界草莓大會(huì)進(jìn)行了展示。該團(tuán)隊(duì)還提出了壟作栽培的沿行空中軌道與并聯(lián)機(jī)構(gòu)組合的采摘機(jī)器人方案[82-83](圖29c)。

圖29 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的草莓采摘機(jī)器人Fig.29 Strawberry harvesting robot developed by China Agricultural University

國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心馮青春等[84-85]針對(duì)高架栽培草莓開發(fā)的采摘機(jī)器人 (圖30)，采用聲納導(dǎo)航四輪自主移動(dòng)平臺(tái)，6自由度關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)械臂和雙目視覺系統(tǒng)，并開發(fā)了由吸盤吸持拉動(dòng)、兩指夾持果梗，進(jìn)而通過電熱絲燒斷果梗的末端執(zhí)行器。整機(jī)尺寸為1 500 mm×700 mm×1 600 mm。100個(gè)草莓樣本的試驗(yàn)表明，所有果實(shí)都被成功檢測(cè)出，但通過121次作業(yè)僅成功采下86粒果實(shí)，每次采摘平均耗時(shí)為22.3 s，而每次成功采摘的耗時(shí)為31.3 s。其中采摘失敗主要源于吸持失敗和采后掉落。該機(jī)器人樣機(jī)也在多類展覽會(huì)上進(jìn)行了展示。

圖30 國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心研制的高架草莓采摘機(jī)器人Fig.30 Strawberry harvesting robot of National Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture of China

其他國家也開展了少量針對(duì)草莓的采摘機(jī)器人研發(fā)工作，如韓國農(nóng)科院HAN等[86]也構(gòu)建了針對(duì)高架栽培的機(jī)器人采摘系統(tǒng)(圖31a)，采用軌道式行進(jìn)，機(jī)械臂由3直角坐標(biāo)附加1轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成，從而使機(jī)器人可對(duì)兩側(cè)草莓進(jìn)行采摘作業(yè)。為縮小動(dòng)作占用空間，其末端執(zhí)行器的夾剪頭與后置電機(jī)間采用了軟軸傳動(dòng)(圖31b)。該機(jī)器人分別配置雙目立體視覺系統(tǒng)進(jìn)行果實(shí)成熟度判斷，由激光掃描測(cè)距儀進(jìn)行草莓與末端執(zhí)行器間的距離測(cè)量，并由掌上相機(jī)進(jìn)行更精確的果梗追蹤。其平均采摘周期約為7 s。

圖31 韓國農(nóng)科院研制的高架草莓采摘機(jī)器人Fig.31 Strawberry harvesting robot for bench-type cultivation developed by National Academy of Agricultural Science, Korea

3 其他蔬果的采摘機(jī)器人技術(shù)

此外，各國研究人員還相繼開展了黃瓜、甜椒、茄子等各類蔬果的機(jī)器人采摘研究。

黃瓜是全球最受歡迎和產(chǎn)量最大的菜果品類之一。目前黃瓜采摘機(jī)器人的研究也主要在荷蘭、日本和中國得到重點(diǎn)開展。日本東京大學(xué)早在20世紀(jì)80年代就開發(fā)了黃瓜采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器樣機(jī)[87](圖32a)，KONDO等針對(duì)黃瓜的V型架栽培開發(fā)了采摘機(jī)器人[88-91](圖34b)。荷蘭瓦格寧根大學(xué)VAN HENTEN等[92-93]對(duì)黃瓜的機(jī)器人收獲進(jìn)行了長(zhǎng)期和深入研究(圖34c)。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和浙江工業(yè)大學(xué)等開發(fā)了黃瓜采摘機(jī)器人[30,94-96](圖32d)。由于黃瓜的顏色與葉片相近，雙波長(zhǎng)視覺傳感器[88-91]、雙波長(zhǎng)CCD濾波[92-93]、近紅外圖像[30,94-96]等方法分別被應(yīng)用于黃瓜果實(shí)的識(shí)別，同時(shí)在機(jī)械式切割之外還成功實(shí)現(xiàn)了果梗的熱切割[92-93]。

圖32 黃瓜采摘機(jī)器人Fig.32 Cucumber harvesting robot

目前全球干、鮮辣椒總產(chǎn)量已超過6 000萬t，成為世界上僅次于豆類、番茄的第三大蔬菜作物。其中甜椒作為重要的鮮食蔬菜，在歐美、亞洲、大洋洲等均受到廣泛的歡迎。甜椒的機(jī)器人收獲研究在日本及歐盟得到了更多的推動(dòng)。日本高知技術(shù)大學(xué)針對(duì)甜椒的機(jī)器人收獲開展了持續(xù)的研究，首先開發(fā)了3直角坐標(biāo)機(jī)械臂和剪刀式末端執(zhí)行器的移動(dòng)采摘機(jī)器人[97-101](圖33a)，隨后又針對(duì)V型架式栽培甜椒開發(fā)了關(guān)節(jié)臂式采摘機(jī)器人[102-104](圖33b)。歐盟2010—2014年間啟動(dòng)了大型CROPS項(xiàng)目，其中瓦格寧根大學(xué)研究中心的溫室園藝研究所領(lǐng)導(dǎo)了甜椒采摘機(jī)器人的開發(fā)工作，采用軌道式移動(dòng)平臺(tái)和復(fù)雜的9關(guān)節(jié)機(jī)械臂、ToF相機(jī)與彩色CCD組合視覺系統(tǒng)，并配置了兩類不同結(jié)構(gòu)的末端執(zhí)行器[105-106](圖33c)。澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)[107](圖33d)和以色列本古里安大學(xué)[108]等也進(jìn)行了新型甜椒采摘機(jī)器人的開發(fā)，并應(yīng)用小型體感攝像頭實(shí)現(xiàn)果實(shí)的識(shí)別和定位。在甜椒摘取中雙電極熱切割技術(shù)的可行性也得到了證實(shí)[102-104]。

圖33 甜椒采摘機(jī)器人Fig.33 Sweet-pepper harvesting robot

茄子原產(chǎn)于亞洲熱帶，目前茄子的種植和消費(fèi)集中在亞洲，產(chǎn)量超過全球的90%，茄子的機(jī)器人收獲技術(shù)研究也主要在亞洲的日本、中國等國家得到開展。愛知縣野菜茶葉研究所HAYASHI等[109-110]開發(fā)了針對(duì)V型架栽培茄子的采摘機(jī)器人 (圖34a)，采用履帶式底盤和工業(yè)5自由度機(jī)械臂，并設(shè)計(jì)了配備掌心相機(jī)、真空吸盤、尺寸判斷機(jī)構(gòu)的復(fù)雜四柔性指夾持-果梗切斷式末端執(zhí)行器，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人為去除枝葉遮擋后進(jìn)行的非移動(dòng)采摘試驗(yàn)成功率為62.5%，平均采摘耗時(shí)達(dá)64.1 s。HAYASHI等[111-112]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要將末端執(zhí)行器改為果梗夾剪一體式結(jié)構(gòu)，并在保留掌心相機(jī)的同時(shí)增加超聲距離傳感器，同時(shí)將機(jī)械臂自由度增加到7個(gè)。溫室現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，其采摘成功率僅為29.1%，單果采摘平均耗時(shí)43.2 s (圖34b)。此外濰坊學(xué)院和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等也開展了開放式茄子采摘機(jī)械手臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[113-115]。

圖34 茄子采摘機(jī)器人Fig.34 Eggplant harvesting robot

4 采摘機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展分析

4.1 溫室采摘機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵

(1)復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)能力

高度復(fù)雜與未知的作物植株環(huán)境對(duì)采摘機(jī)器人的感知和作業(yè)均帶來極大的挑戰(zhàn)，盡管學(xué)者針對(duì)溫室行間路徑搜尋與導(dǎo)航[116-120]、重疊遮擋條件下的果實(shí)識(shí)別[121-126]、復(fù)雜冠層環(huán)境內(nèi)的路徑規(guī)劃與避障[127-129]、果梗尺寸與姿態(tài)大差異性下的摘取[2,22,37]等課題已開展了諸多研究，但溫室生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的采摘機(jī)器人作業(yè)仍難以達(dá)到環(huán)境人為簡(jiǎn)化后的理想試驗(yàn)效果[62,109,130-131]。機(jī)器人對(duì)復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境的感知和作業(yè)適應(yīng)能力，仍然成為影響采摘機(jī)器人技術(shù)走向成熟和生產(chǎn)應(yīng)用的瓶頸問題。

(2)復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)的融合能力

采摘機(jī)器人是本體各移動(dòng)底盤、機(jī)械臂、末端執(zhí)行器和導(dǎo)航、果實(shí)探測(cè)單元構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，采摘機(jī)器人的性能不僅取決于各單元、更決定于系統(tǒng)的有機(jī)融合能力。目前盡管在手臂協(xié)調(diào)[54,132]、身手協(xié)調(diào)[133]、手眼協(xié)調(diào)[134]、臂眼協(xié)調(diào)[135-139]、身-眼協(xié)調(diào)[140]等開展了若干研究，但距離實(shí)際應(yīng)用的性能需要仍有一定距離。如視覺伺服控制仍以開環(huán)和依賴于精確建模的“先看后動(dòng)”模式為主[141]；而導(dǎo)航-果實(shí)檢測(cè)、手-臂-底盤的精確位姿補(bǔ)償和動(dòng)作并行交互等問題，仍需深入研究和逐步攻克。

4.2 溫室采摘機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的歷史特征

(1)栽培模式對(duì)技術(shù)特征的決定性

作物栽培模式對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案、技術(shù)難度和性能具有決定性的影響。傳統(tǒng)的杯型種植中番茄果實(shí)非常分散，機(jī)器人需要很大的工作空間，同時(shí)枝干的空間分布使采摘作業(yè)非常困難；而單枝栽培和吊蔓栽培模式[25,32,51](圖35)，支柱和繩索支撐在與地面垂直的方向栽培，數(shù)個(gè)果實(shí)成串懸掛生長(zhǎng)，果實(shí)識(shí)別和作業(yè)均大大簡(jiǎn)化，采摘作業(yè)性能得到了有效保證[56]。

圖35 番茄的單枝栽培和吊蔓栽培模式Fig.35 Single trunk and high-wire cultivation modes

對(duì)草莓的地面、高壟和高架不同栽培模式，由于草莓分布、果梗方位、果葉關(guān)系、檢測(cè)背景等的顯著差異，采摘機(jī)器人方案截然不同。其中高架栽培不僅作為新型的省力化模式而受到歡迎，更因其突出的果葉分離、果實(shí)分布二維化和果梗豎直化、背景單一化優(yōu)勢(shì)[56]，不僅果實(shí)檢測(cè)過程大大簡(jiǎn)化[62,66]，同時(shí)可以通過更簡(jiǎn)單高效直角坐標(biāo)和水平夾剪機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)作業(yè)[2,60,67,71,73,81]，使采摘成功率和效率均大大提高。

同時(shí)，與多數(shù)需借助底盤移動(dòng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)的采摘機(jī)器人不同，針對(duì)各類地面或空中的移動(dòng)式栽培設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)采摘機(jī)器人底座固定的臺(tái)式作業(yè)[16-17,28,74-76](圖36)，從而有效簡(jiǎn)化機(jī)器人系統(tǒng)復(fù)雜性和操控難度，也成為其發(fā)展的重要方向。

圖36 移動(dòng)栽培設(shè)施Fig.36 Movable cultivation units

(2)機(jī)電革命對(duì)技術(shù)突破的推動(dòng)性

采摘機(jī)器人技術(shù)的高度復(fù)雜性造成其開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高昂、性能和可靠性不佳，從而大大影響了其技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用推廣進(jìn)程?？上驳氖牵瑱C(jī)械、電子技術(shù)的高速發(fā)展使采摘機(jī)器人技術(shù)的研究大大加速，開發(fā)周期縮短的同時(shí)機(jī)器人結(jié)構(gòu)也更加精細(xì)。隨著機(jī)械臂、底盤等關(guān)鍵模塊技術(shù)快速成熟并實(shí)現(xiàn)定制化、商業(yè)化，距離、視覺、力覺等傳感器和電機(jī)系統(tǒng)不斷小型化，3D光場(chǎng)相機(jī)[142-143](圖37a)和RealSense深度攝像頭[107](圖37b)等民用化的多信息先進(jìn)傳感技術(shù)使低成本的實(shí)時(shí)可靠果實(shí)識(shí)別定位成為可能，RFID射頻識(shí)別[144-145]、激光切割[43,146]、熱切割[147]等新技術(shù)快速引入并運(yùn)用于機(jī)器人導(dǎo)航與果實(shí)的摘取等環(huán)節(jié)，圖像處理與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)求解等算法和工具的成熟模塊化使檢測(cè)與控制的實(shí)施得到簡(jiǎn)化，采摘機(jī)器人技術(shù)將得到有力推動(dòng)而不斷迎來新的突破。

圖37 先進(jìn)傳感器件Fig.37 Advanced sensors

(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件對(duì)技術(shù)應(yīng)用的急迫性

一種技術(shù)的大面積推廣，一方面取決于其技術(shù)的成熟程度，另一方面也需要外界條件的成熟。在發(fā)達(dá)國家，由于勞動(dòng)力數(shù)量、勞動(dòng)力成本的限制和對(duì)鮮食果蔬、鮮切花卉品質(zhì)的需要，采摘機(jī)器人技術(shù)得以較早開展。特別是日本，受其較小規(guī)模精品化種植和農(nóng)產(chǎn)品高檔化策略的影響，機(jī)器人采摘技術(shù)得到了高度重視，大大推動(dòng)了該技術(shù)的發(fā)展水平。

中國的采摘機(jī)器人技術(shù)起步較晚，但隨著人口紅利的消失，勞動(dòng)力緊缺問題已快速成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展、特別是勞動(dòng)密集型的果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，采摘機(jī)器人技術(shù)已從前瞻性研究開始成為現(xiàn)實(shí)需求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究的投入和成果呈幾何級(jí)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和勞動(dòng)力成本的快速提高，中國的采摘機(jī)器人技術(shù)必將更加快速的發(fā)展。

4.3 溫室采摘機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

(1)環(huán)境工廠化

作業(yè)環(huán)境的高度非結(jié)構(gòu)化、對(duì)象個(gè)體的大差異化對(duì)采摘機(jī)器人的作業(yè)帶來了極大挑戰(zhàn)，一直是制約采摘機(jī)器人技術(shù)作業(yè)性能提高與推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。而農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的實(shí)踐亦表明，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中更接近結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化的擠奶[148]、嫁接[149]、果品分選[150]等作業(yè)領(lǐng)域，由于技術(shù)要求大大降低而率先實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。采摘機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展亦必須以規(guī)?；a(chǎn)為前提，和作業(yè)環(huán)境與栽培模式的結(jié)構(gòu)化、生產(chǎn)管理的工廠化有機(jī)結(jié)合，并以更專一化的高效生產(chǎn)代替繁雜果蔬類別的頻繁更換，從而為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人采摘作業(yè)破除關(guān)鍵制約和障礙。

(2)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

拖拉機(jī)、精密播種機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械，無不實(shí)現(xiàn)了整機(jī)結(jié)構(gòu)和部件的標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)了全球范圍的大批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。采摘機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展目前仍處于原理、結(jié)構(gòu)各異的競(jìng)相探索階段，其成熟和應(yīng)用亦客觀要求通過學(xué)界與業(yè)界、裝備與農(nóng)藝的深度結(jié)合，共同推動(dòng)逐步形成按模式與品種大類的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步通過機(jī)器人作業(yè)的溫室生產(chǎn)模式示范反推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的配套和標(biāo)準(zhǔn)化，從而有效解決目前果蔬種類和環(huán)境繁雜、采摘機(jī)器人原理結(jié)構(gòu)龐雜卻無力推動(dòng)生產(chǎn)應(yīng)用的困局。

(3) 多機(jī)共融化

機(jī)器人采摘作業(yè)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，不僅在采摘環(huán)節(jié)需完成摘取、放果的不同動(dòng)作，同時(shí)在采摘之外還必須完成果蔬的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和卸果任務(wù)，甚至在工廠化生產(chǎn)中還會(huì)進(jìn)一步完成分選、清洗和包裝等作業(yè)。即使不考慮農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)采后處理，依靠單臺(tái)機(jī)器人完成采摘、運(yùn)送和卸放的生產(chǎn)效率勢(shì)必非常低下，因而考慮多手[151]、多臂[34,152-153]、多臺(tái)采摘機(jī)器人[154]的并行作業(yè)，以及采摘機(jī)器人與運(yùn)送機(jī)器人或行間輸送線的協(xié)同作業(yè)[155-156]，將是機(jī)器人采摘技術(shù)發(fā)展的必然。將大大推進(jìn)采摘機(jī)器人技術(shù)發(fā)展與推廣應(yīng)用的步伐。

(4) 人機(jī)共融化

真正實(shí)現(xiàn)果蔬的機(jī)器人采摘作業(yè)，除識(shí)別定位和采摘?jiǎng)幼饕酝?，還存在放果、導(dǎo)航、換行、移運(yùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)與裝備的充電、維護(hù)等處理，以完全無人化的自主決策完成全部流程的難度極大。但目前所提出的全程遙控[157-158]或體感操控[159-160]等人機(jī)共融技術(shù)，很難滿足高效、省勞力和省力化采摘作業(yè)的需要。如將大部分定位和采摘等強(qiáng)度大和精確操作的任務(wù)交由機(jī)器人完成，而僅將極少數(shù)機(jī)器人自主決策復(fù)雜而人能夠輕松完成操縱的多機(jī)協(xié)同、換行或續(xù)接作業(yè)等任務(wù)進(jìn)行人為介入[161]，實(shí)現(xiàn)合理的人機(jī)共融，將顯著降低自主作業(yè)的復(fù)雜性，加速實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用。

1 JUKEMA G D, MEER R W. Arbeidskosten in de akkerbouw en glastuinbouw [C]∥LEI, Agri-Monitor, 2009: 11-12.

2 HAYASHI S, SHIGEMATSU K, YAMAMOTO S, et al. Evaluation of a strawberry-harvesting robot in a field test [J]. Biosystems Engineering, 2010, 105(2): 160-171.

3 KONDO N, TANIWAKI S, TANIHARA K, et al. An end-effector and manipulator control for tomato cluster harvesting robot[C]∥Proceedings of the 2007 ASABE Annual International Meeting, ASABE Paper 073114,2007.

4 KONDO N, YAMAMOTO K, SHIMIZU H, et al. A machine vision system for tomato cluster harvesting robot [J]. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 2009, 2(2): 60-65.

5 KONDO N, YATA K, IIDA M, et al. Development of an end-effector for a tomato cluster harvesting robot [J]. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 2010, 3(1): 20-24.

6 川村登, 藤浦建史, 浦元信, et al. 果実収穫用ロボット [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1985, 47(2): 237-241.

7 川村登, 並河清, 藤浦建史, et al. 農(nóng)業(yè)用ロボットの研究 I マイコン制御による果実収穫用マニピュレータ [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1984, 46(3): 353-358.

8 近藤直. 特集大地とロボット農(nóng)作業(yè)ロボットの基本的構(gòu)成要素 [J]. 日本ロボット學(xué)會(huì)誌, 1994, 12(7): 952-955.

9 門田充司, 近藤直, 芝野保徳, et al. トマト収穫用ハンドに関する研究 (2) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1994, 56(Supp.): 391-392.

10 近藤直, 芝野保徳, 毛利建太郎, et al. トマト収穫用ハンドに関する研究 [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1992, 54(Supp.): 235-236.

11 近藤直. ロボットハンドの研究開発の課題と展望 果実収穫用ロボットハンドを例にして [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1996, 58(1): 139-144.

12 KONDO N, MONTA M, FUJIURA T, et al. Study on control method for redundant manipulator—control of tomato harvesting manipulator with 7 degrees of freedom[J]. SHITA, 1993, 5(1): 44-53.

13 MONTA M, KONDO N, TING K. End-effectors for tomato harvesting robot [J]. Artificial Intelligence Review, 1998, 12(1): 11-25.

14 KONDO N, TING K. Robotics for bioproduction systems [M]. Saint Joseph, MI: American Society of Agricultural Engineers (ASAE), 1998.

15 KRIKKE J. Robotics research exploits opportunities for growth [J]. IEEE Pervasive Computing, 2005, 4(3): 7-10.

16 門田充司, 近藤直. 一段逆さ仕立てトマト収穫用エンドエフェクタ [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1998, 60(6): 97-104.

17 KONDO N, MONTA M, TING K C, et al. Harvesting robot system for single truss upside down tomato production (1):single truss upside down tomato system and constitution of robot system [J]. Journal of JSAM, 1996, 58: 467-470.

18 HAYASHI S, SAKAUE O. Basic operation of tomato harvesting system using robot: manufacture of two-finger harvesting hand with auxiliary cutting device and basic experiment for harvest [J]. Bull Nat Res Inst Veg, Ornam Plant and Tea, 1997(12): 133-142.

19 YASUKAWA S, LI B, SONODA T, et al. Development of a tomato harvesting robot [C]∥The 2017 International Conference on Artificial Life and Robotics, 2017:408-411.

20 YAGUCHI H, NAGAHAMA K, HASEGAWA T, et al. Development of an autonomous tomato harvesting robot with rotational plucking gripper[C]. Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on the Intelligent Robots and Systems, 2016: 652-657.

21 CHEN X, CHAUDHARY K, TANAKA Y, et al. Reasoning-based vision recognition for agricultural humanoid robot toward tomato harvesting[C]. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2015: 6487-6494.

22 KONDO N, NISHITSUJI Y, LING P P, et al. Visual feedback guided robotic cherry tomato harvesting [J]. Transactions of the ASAE, 1996, 39(6): 2331-2338.

23 KONDO N, TING K. Robotics for plant production [J]. Artificial Intelligence Review, 1998(12): 227-243.

24 近藤直, 西辻嘉昭, 門田充司, et al. 房狀小果実のロボット収穫のための位置検出アルゴリズム [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1996, 58(Supp.): 489-492.

25 TANIGAKI K, FUJIURA T, AKASE A, et al. Cherry-harvesting robot [J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2008, 63(1): 65-72.

26 韓麗, 藤浦建史, 向井克彥, et al. ハンドに三次元視覚センサを裝著したミニトマト収穫ロボット [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1999, 61(Supp.): 389-390.

27 藤浦建史. 三次元視覚センサをもつトマト収穫ロボット (〈 特集〉 農(nóng)業(yè)におけるシステム技術(shù)最前線) [J]. システム/制御/情報(bào), 2010, 54(4): 149-154.

28 FUJIURA T, WADA T, NISHIURA Y, et al. Robot for harvesting cherry tomatoes in mobile cultivation facilities (Part 2)-Harvesting experiment [J]. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery, 2010, 72(2): 152-159.

29 FUJIURA T, WADA T, NISHIURA Y, et al. Robot for harvesting cherry tomatoes in mobile cultivation facilities, 1: Outline of the robot and 3-D image recognition [J]. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery,2010, 72(2):143-151.

30 紀(jì)超. 溫室果蔬采摘機(jī)器人視覺信息獲取方法及樣機(jī)系統(tǒng)研究 [D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

JI Chao. Vision information acquisition for fruit harvesting robot and development of robot prototype system[D]. Beijing：China Agricultural University, 2014. (in Chinese)

31 紀(jì)超, 張震華, 于建, 等. 溫室串番茄采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[EB/OL]. 北京：中國科技論文在線 [2013-02-27].http:∥www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201302-478. (in Chinese)

32 FENG Q, WANG X, WANG G, et al. Design and test of tomatoes harvesting robot[C]∥Proceedings of the 2015 IEEE International Conference on Information and Automation, 2015:949-952.

33 王曉楠, 伍萍輝, 馮青春, 等. 番茄采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2016,38(4): 94-98.

34 ZHAO Y, GONG L, LIU C, et al. Dual-arm robot design and testing for harvesting tomato in greenhouse [J]. IFAC-Papers on Line, 2016, 49(16): 161-165.

35 LIU J, LI P, LI Z. A multi-sensory end-effector for spherical fruit harvesting robot[C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics, 2007: 258-262.

36 劉繼展, 李萍萍, 李智國. 番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的硬件設(shè)計(jì) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2008, 39(3): 109-112.

LIU Jizhan, LI Pingping, LI Zhiguo. Hardware design of the end-effector for tomato-harvesting robot[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2008, 39(3): 109-112. (in Chinese)

37 劉繼展. 番茄采摘機(jī)器人真空吸持系統(tǒng)分析與優(yōu)化控制研究 [D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué), 2010.

LIU Jizhan. Analysis and optimal control of vacuum suction system for tomato harvesting robot[D]. Zhenjiang: Jiangsu University, 2010. (in Chinese)

38 劉繼展, 白欣欣, 李萍萍. 番茄果實(shí)蠕變特性表征的Burger’s修正模型 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(9): 249-255.

LIU Jizhan, BAI Xinxin, LI Pingping. Modified Burger’s model for describing creep behavior of tomato fruits[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(9): 249-255. (in Chinese)

39 劉繼展, 白欣欣, 李萍萍, 等. 果實(shí)快速夾持復(fù)合碰撞模型研究 [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(4): 49-54,172. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20140408&journal_id=jcsam. DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2014.04.008.

LIU Jizhan, BAI Xinxin, LI Pingping, et al.Complex collision model in high-speed gripping of fruit[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(4): 49-54, 172. (in Chinese)

40 LI Z G, LI P P, YANG H L, et al. Stability tests of two-finger tomato grasping for harvesting robots [J]. Biosystems Engineering, 2013, 116(2): 163-170.

41 LI Z G, LIU J Z, LI P P. Relationship between mechanical property and damage of tomato during robot harvesting [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(5): 112-116.

42 LI Z G, LIU J Z, LI P P, et al. Study on the collision-mechanical properties of tomatoes gripped by harvesting robot fingers [J]. African Journal of Biotechnology, 2009, 8(24): 7000-7007.

43 劉繼展, 徐秀瓊, 李萍萍. 果實(shí)采摘中果梗激光切割分析與實(shí)驗(yàn) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(1): 59-64. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20140110&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.010.

LIU Jizhan, XU Xiuqiong, LI Pingping. Analysis and experiment on laser cutting of fruit peduncles[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(1): 59-64. (in Chinese)

44 LIU J Z, HU Y, XU X Q, et al. Feasibility and influencing factors of laser cutting of tomato peduncles for robotic harvesting [J]. African Journal of Biotechnology, 2011, 10(69): 15552-15563.

45 LIU J Z, LI P P, MAO H P. Mechanical and kinematic modeling of assistant vacuum sucking and pulling operation oftomato fruits in robotic harvesting [J]. Transactions of the ASABE, 2015, 58(3): 539-550.

46 劉繼展, 李萍萍, 倪齊, 等. 番茄采摘機(jī)器人真空吸盤裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2010, 41(10): 170-173, 184.

LIU Jizhan, LI Pingping, NI Qi, et al. Design and test of the vacuum device for tomato harvesting robot[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(10): 170-173, 184. (in Chinese)

47 LIU J Z, LI Z G, WANG F Y, et al. Hand-arm coordination for a tomato harvesting robot based on commercial manipulator[C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2013: 2715-2720.

48 LI Z, LIU J, LI P, et al. Analysis of workspace and kinematics for a tomato harvesting robot[C]∥Proceedings of the International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA), 2008: 823-827.

49 李冉. 基于番茄果實(shí)空間分布的番茄采摘機(jī)械手仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學(xué), 2012.

50 CHIU Y C, CHEN S, LIN J F. Study of an autonomous fruit picking robot system in greenhouses [J]. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 2013, 6(3): 92-98.

51 CHIU Y C, YANG P, CHEN S. Development of the end-effector of a picking robot for greenhouse-grown tomatoes [J]. Applied Engineering in Agriculture, 2013, 29(6): 1001-1009.

52 CHIU Y C, CHEN S, LIN J F. Study of an autonomous picking robot system for greenhouse grown tomatoes [C]∥Proceedings of the 6th International Symposium on Machinery and Mechatronics for Agricultural and Biosystems Engineering, 2012.

53 CHIU Y C, CHEN S, YANG P Y, et al. Integrated test of an autonomous tomato picking robot [C]∥Proceedings of the 7th CIGR Section VI International Technical Symposium“Innovating the Food Value Chain” Postharvest Technology and AgriFood Processing, 2012:1-16.

54 LING P, EHSANI R, TING K, et al. Sensing and end-effector for a robotic tomato harvester[C]∥Proceedings of the ASAE Annual Meeting, 2004:1-4.

55 HAYASHI S, YAMAMOTO S, SAITO S, et al. Field operation of a movable strawberry-harvesting robot using a travel platform [J]. Japan Agricultural Research Quarterly: JARQ, 2014, 48(3): 307-316.

56 近藤直,門田充司, 野口伸. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人(2)機(jī)構(gòu)與實(shí)例 [M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2009.

57 KONDO N, HISAEDA K, HATOU K, et al. Harvesting robot for strawberry grown on annual hill top (part 1) manufacture of the first prototype robot and fundamental harvesting experiment [J]. Journal of Society of High Technology in Agriculture, 2000, 12(1): 23-29.

58 ARIMA S, SHIBUSAWA S, KONDO N, et al. Traceability based on multi-operation robot; information from spraying, harvesting and grading operation robot[C]∥Proceedings of the IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, 2003, 2: 1204-1209.

59 KONDO N, MONTA M, HISAEDA K. Harvesting robot for strawberry grown on annual hill top, 2: Manufacture of the second prototype robot and fundamental harvesting experiment [J]. Journal of Society of High Technology in Agriculture, 2000, 13(4): 231-236.

60 KONDO N, NINOMIYA K, HAYASHI S, et al. A new challenge of robot for harvesting strawberry grown on table top culture[C]∥Proceedings of the ASABE Annual International Meeting, ASABE Paper 053138,2005.

61 崔永杰, 永田雅輝, 郭峰, et al. マシンビジョンによる內(nèi)成り栽培用イチゴ収穫ロボットの研究 (第2報(bào)) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 2007, 69(2): 60-68.

62 FENG G, QIXIN C, MASATERU N. Fruit detachment and classification method for strawberry harvesting robot [J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2008, 5(1): 41-48.

63 崔永杰, 小林太一, 永田雅輝. イチゴ収穫ロボットの超音波センサに関する基礎(chǔ)研究 [J]. 宮崎大學(xué)農(nóng)學(xué)部研究報(bào)告, 2005, 51(1): 9-16.

64 崔永杰, 永田雅輝, 槐島芳徳, et al. マシンビジョンによる內(nèi)成り栽培用イチゴ収穫ロボットの研究 (第 1 報(bào))―ロボットの構(gòu)造および果実の認(rèn)識(shí)― [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 2006, 68(6): 59-67.

65 NAGATA M, HIYOSHI K, CAO Q, et al. Basic study on strawberry harvesting robot (part II): design and development of harvesting mechanism [J]. IFAC Proceedings Volumes, 2000, 33(29): 55-59.

66 ARIMA S, KONDO N, YAGI Y, et al. Harvesting robot for strawberry grown on table top culture, 1: Harvesting robot using 5 DOF manipulator [J]. Journal of Society of High Technology in Agriculture, 2001, 13(3): 159-166.

67 ARIMA S, KONDO N, MONTA M. Strawberry harvesting robot on table-top culture[C]∥Proceedings of ASAE Annual Meeting, ASAE Paper 043089,2004.

68 NAGASAKI Y, HAYASHI S, NAKAMOTO Y, et al. Development of a table-top cultivation system for robot strawberry harvesting [J]. Japan Agricultural Research Quarterly: JARQ, 2013, 47(2): 165-169.

69 有馬誠一, 近藤直, 八木洋介, et al. 高設(shè)栽培用イチゴ収穫ロボット (第 1 報(bào)) 5 自由度マニピュレータを用いた収穫ロボット [J]. 植物工場(chǎng)學(xué)會(huì)誌, 2001, 13(3): 159-166.

70 有馬誠一, 門田充司, 難波和彥, et al. 高設(shè)栽培用イチゴ収穫ロボット (第 2 報(bào))―つり下げ型マニピュレータを有する?yún)Х偉恁堀氓权D [J]. 植物工場(chǎng)學(xué)會(huì)誌, 2003, 15(3): 162-168.

71 SHIIGI T, KURITA M, KONDO N, et al. Strawberry harvesting robot for fruits grown on table top culture[C]∥Proceedings of the ASABE Annual International Meeting, ASABE Paper 084046,2008.

72 SHIGEMATSU K, HAYASHI S, YAMAMOTO S, et al. Study on the annual utilization of a harvesting robot for forcing culture in strawberries [J]. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery, 2009, 71(6): 106-114.

73 HAYASHI S, YAMAMOTO S, SARITO S, et al. Development of a movable strawberry-harvesting robot using a travelling platform[C]. Proceedings of the International Conference of Agricultural Engineering, 2012.

74 YAMAMOTO S, HAYASHI S, YOSHIDA H, et al. Development of a stationary robotic strawberry harvester with picking mechanism that approaches target fruit from below (Part 1): development of the end-effector[J]. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery, 2009, 71(6): 71-78.

75 山本聡史, 林茂彥, 吉田啓孝, et al. 下側(cè)接近を特徴とする定置型イチゴ収穫ロボットの開発 (第 2 報(bào)) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 2010, 72(2): 133-142.

76 山本聡史, 林茂彥, 吉田啓孝, et al. 下側(cè)接近を特徴とする定置型イチゴ収穫ロボットの開発 (第 3 報(bào)) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 2010, 72(5): 479-486.

77 YAMAMOTO S, HAYASHI S, SAITO S, et al. Development of robotic strawberry harvester to approach target fruit from hanging bench side [J]. IFAC Proceedings Volumes, 2010, 43(26): 95-100.

78 山下智輝, 田中基雅, 山本聡史, et al. いちご収穫ロボット 「M 型 3 號(hào)機(jī)」 用 RT コンポーネントの開発 [J]. 計(jì)測(cè)自動(dòng)制御學(xué)會(huì)論文集, 2012, 48(1): 51-59.

79 林茂彥, 山本聡史, 齋藤貞文, et al. 內(nèi)側(cè)収穫ロボットを用いたイチゴ果実への接近収穫方法の検討 [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 2012, 74(4): 325-333.

80 陳利兵. 草莓收獲機(jī)器人采摘系統(tǒng)研究 [D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2005.

CHEN Libing. Study on picking system for strawberry harvesting robot[D]. Beijing: China Agricutural University, 2005. (in Chinese)

81 張凱良, 楊麗, 王糧局, 等. 高架草莓采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(9): 165-172. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20120931&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2012.09.031.

ZHANG Kailiang, YANG Li, WANG Liangju, et al. Design and experiment of elevated substrate culture strawberry picking robot[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(9): 165-172. (in Chinese)

82 ZHANG K, XU L, ZHANG D. Design and analysis of a 4-PPPR parallel manipulator for strawberry harvesting in the ridge cultivation model[C]∥Proceedings of the 2nd International Conference on Control Science and Systems Engineering (ICCSSE), 2016: 248-251.

83 ZHANG K, ZHANG T, ZHANG D. Synthesis design of a robot manipulator for strawberry harvesting in ridge-culture[C]∥Proceedings of the Asia-Pacific Conference on Intelligent Robot Systems (ACIRS), 2016: 114-117.

84 馮青春, 鄭文剛, 姜?jiǎng)P, 等. 高架栽培草莓采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2012,34(7): 122-126.

FENG Qingchun, ZHENG Wengang, JIANG Kai, et al. Design of strawberry harvesting robot on table-top culture[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2012,34(7): 122-126. (in Chinese)

85 FENG Q, WANG X, ZHENG W, et al. New strawberry harvesting robot for elevated-trough culture [J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2012, 5(2): 1-8.

86 HAN K S, KIM S C, LEE Y B, et al. Strawberry harvesting robot for bench-type cultivation [J]. Journal of Biosystems Engineering, 2012, 37(1): 65-74.

87 天羽弘一, 高倉直. キュウリ果実の収穫用ロボットハンドの開発 [J]. 農(nóng)業(yè)気象, 1989, 45(2): 93-97.

88 有馬誠一, 近藤直, 芝野保徳, et al. キュウリ収穫ロボットの研究 (第 2 報(bào)) キュウリの物理的特性に基づくハンド部の試作と収穫基礎(chǔ)実験 [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1994, 56(6): 69-76.

89 有馬誠一. ファイトテクノロジーの展開 (2) 果菜類収穫ロボットと栽培様式 [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌, 1996, 58(6): 158-164.

90 KONDO N, MONTA M, NOGUCHI N. Agricultural robots: mechanisms and practice [M]. Vesterskerninge, DEN:Apollo Books, 2011.

91 ARIMA S, KONDO N, NAKAMURA H. Development of robotic system for cucumber harvesting [J]. JARQ, 1996,30: 233-238.

92 VAN HENTEN E J, HEMMING J, VAN TUIJL B, et al. An autonomous robot for harvesting cucumbers in greenhouses [J]. Autonomous Robots, 2002, 13(3): 241-258.

93 VAN HENTEN E, VAN TUIJL B V, HEMMING J, et al. Field test of an autonomous cucumber picking robot [J]. Biosystems Engineering, 2003, 86(3): 305-313.

94 紀(jì)超, 馮青春, 袁挺, 等. 溫室黃瓜采摘機(jī)器人系統(tǒng)研制及性能分析 [J]. 機(jī)器人, 2011, 33(6): 726-730.

JI Chao, FENG Qingchun, YUAN Ting, et al. Development and performance analysis on cucumber harvesting robot system in greenhouse[J]. Robot, 2011, 33(6): 726-730. (in Chinese)

95 錢少明, 楊慶華, 王志恒, 等. 黃瓜抓持特性與末端采摘執(zhí)行器研究 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010,26(7): 107-112.

QIAN Shaoming, YANG Qinghua, WANG Zhiheng, et al. Research on holding characteristics of cucumber and end-effector of cucumber picking[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(7): 107-112. (in Chinese)

96 王燕. 黃瓜采摘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制系統(tǒng)研究 [D]. 杭州: 浙江工業(yè)大學(xué), 2010.

WANG Yan. Research on motion planning and control system of the cucumber picking robot[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2010. (in Chinese)

97 KITAMURA S, OKA K. Recognition and cutting system of sweet pepper for picking robot in greenhouse horticulture[C]∥Proceedings of the 2005 IEEE International Conference Mechatronics and Automation, 2005:1807-1812.

98 OSAKI T. Improvement of the ability to recognize for picking robot by improving machine vision[D]. Kochi University of Technology, 2010.

99 KITAMURA S, OKA K, IKUTOMO K, et al. A distinction method for fruit of sweet pepper using reflection of LED light[C]∥Proceedings of the SICE Annual Conference, 2008: 491-494.

100 KITAMURA S, OKA K. Improvement of the ability to recognize sweet peppers for picking robot in greenhouse horticulture[C]∥Proceedings of the International Joint Conference, IEEE,2006: 353-356.

101 EIZENTALS P, OKA K. 3D pose estimation of green pepper fruit for automated harvesting [J]. Computers & Electronics in Agriculture, 2016, 128: 127-140.

102 BACHCHE S, OKA K. Performance testing of thermal cutting systems for sweet pepper harvesting robot in greenhouse horticulture [J]. Journal of System Design and Dynamics, 2013, 7(1): 36-51.

103 BACHCHE S G. Automatic harvesting for sweet peppers in greenhouse horticulture [D]. Kochi: Kochi University of Technology,2013.

104 BACHCHEA S, OKA K, SAKAMOTO H. Development of thermal cutting system for sweet pepper harvesting robot in greenhouse horticulture [C]∥Proceedings of the JSME Conference on Robotics and Mechatronics, 2012: 27-29.

105 SCH TZ C, PFAFF J, BAUR J, et al. A modular robot system for agricultural applications[C]∥Proceedings of the International Conference on Agricultural Engineering, 2014.

106 HEMMING J, BAC C, VAN TUIJL B, et al. A robot for harvesting sweet-pepper in greenhouses[C]∥Proceedings of the International Conference of Agricultural Engineering, 2014.

107 LEHNERT C, SA I, MCCOOL C, et al. Sweet pepper pose detection and grasping for automated crop harvesting[C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2016: 2428-2434.

108 VITZRABIN E, EDAN Y. Changing task objectives for improved sweet pepper detection for robotic harvesting [J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2016, 1(1): 578-584.

109 HAYASHI S, GANNO K, ISHII Y, et al. Robotic harvesting system for eggplants [J]. Japan Agricultural Research Quarterly: JARQ, 2002, 36(3): 163-168.

110 HAYASHI S, GANNO K, ISHII Y, et al. Development of a harvesting end-effector for eggplants [J]. Shokubutsu Kojo Gakkaishi, 2001, 13(2): 97-103.

111 HAYASHI S, GANNO K, KUROSAKI H, et al. Robotic harvesting system for eggplants trained in V-shape (Part 2) [J]. Journal of Society of High Technology in Agriculture, 2003, 15(4): 211-216.

112 HAYASHI S, OTA T, KUBOTA K, et al. Robotic harvesting technology for fruit vegetables in protected horticultural production [J]. Information and Technology for Sustainable Fruit and Vegetable Production, Fruitics 05, 2005: 227-236.

113 劉長(zhǎng)林, 張鐵中, 楊麗. 茄子采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì) [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2008,30(12): 62-64.

LIU Changlin, ZHANG Tiezhong, YANG Li.Design of end-effector og eggplant harvesting robot[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2008,30(12): 62-64. (in Chinese)

114 宋健, 孫學(xué)巖, 張鐵中, 等. 茄子采摘機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā) [J]. 機(jī)械傳動(dòng), 2009, 33(5): 36-38.

SONG Jian, SUN Xueyan, ZHANG Tiezhong, et al. Design and development of transmission of picking robot for eggplant[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2009, 33(5): 36-38. (in Chinese)

115 宋健, 孫學(xué)巖, 張鐵中, 等. 開放式茄子采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2009, 40(1): 143-147.

SONG Jian, SUN Xueyan, ZHANG Tiezhong, et al. Design and experiment of opening picking robot for eggplant[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2009, 40(1): 143-147. (in Chinese)

116 QIU Q. A new algorithm for greenhouse corridor edge detection with rgb-d data[C]∥Proceedings of the IEEE-Cyber, 2015:1074-1079.

117 NISSIMOV S, GOLDBERGER J, ALCHANATIS V. Obstacle detection in a greenhouse environment using the Kinect sensor [J]. Computers & Electronics in Agriculture, 2015, 113: 104-115.

118 GONZ LEZ R, RODR GUEZ F, S NCHEZHERMOSILLA J, et al. Navigation techniques for mobile robots in greenhouses [J]. Applied Engineering in Agriculture, 2009, 25(25): 153-165.

119 袁挺, 任永新, 李偉, 等. 基于光照色彩穩(wěn)定性分析的溫室機(jī)器人導(dǎo)航信息獲取 [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(10): 161-166.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20121029&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2012.10.029.

YUAN Ting, REN Yongxin, LI Wei, et al. Navigation information acquisition based on illumination chromaticity stability analysisi for greenhouse robot[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(10): 161-166. (in Chinese)

120 王新忠, 韓旭, 毛罕平, 等. 基于最小二乘法的溫室番茄壟間視覺導(dǎo)航路徑檢測(cè) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(6): 161-166. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20120629&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2012.10.029.

WANG Xinzhong, HAN Xu, MAO Hanping, et al. Navigation line detection of tomato gidges in greenhouse based on least square method[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(6): 161-166. (in Chinese)

121 YAMAMOTO K, GUO W, YOSHIOKA Y, et al. On plant detection of intact tomato fruits using image analysis and machine learning methods [J]. Sensors, 2014, 14(7): 12191-12206.

122 WEI X, JIA K, LAN J, et al. Automatic method of fruit object extraction under complex agricultural background for vision system of fruit picking robot [J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 2014, 125(19): 5684-5689.

123 PUTTEMANS S, VANBRABANT Y, TITS L, et al. Automated visual fruit detection for harvest estimation and robotic harvesting[C]∥Proceedings of the International Conference on Image Processing Theory, Tools and Applications, 2016: 1-6.

124 YIN H, CHAI Y, YANG S X, et al. Ripe tomato detection for robotic vision harvesting systems in greenhouses [J]. Journal of Reproductive Medicine, 2011, 57(54): 1539-1546.

125 苗中華, 沈一籌, 王小華, 等. 自然環(huán)境下重疊果實(shí)圖像識(shí)別算法與試驗(yàn) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(6): 21-26. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160603&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.06.003.

MIAO Zhonghua, SHEN Yichou, WANG Xiaohua, et al. Imaged recognition algorithm and experiment of overlapped fruits in natural environment[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(6): 21-26. (in Chinese)

126 馮青春, 程偉, 楊慶華, 等. 基于線結(jié)構(gòu)光視覺的番茄重疊果實(shí)識(shí)別定位方法研究 [J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 20(4): 100-106.

FENG Qingchun, CHENG Wei, YANG Qinghua, et al. Identification and localization of overlapping tomatoes based on linear structured vision system[J]. Journal of China Agricultural University, 2015, 20(4): 100-106. (in Chinese)

127 BAC C W, ROORDA T, RESHEF R, et al. Analysis of a motion planning problem for sweet-pepper harvesting in a dense obstacle environment [J]. Biosystems Engineering, 2016, 146: 85-97.

128 BAC C W, HEMMING J, VAN HENTEN E J. Robust pixel-based classification of obstacles for robotic harvesting of sweet-pepper [J]. Computers & Electronics in Agriculture, 2013, 96(12): 148-162.

129 尹建軍, 武傳宇, YANG S X, 等. 番茄采摘機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃 [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(12): 171-175. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20121231&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2012.12.031.

YIN Jianjun, WU Chuanyu, YANG S X, et al. Obstacle-avoidance planning of robot arm for tomato-picking robot[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(12): 171-175. (in Chinese)

130 GUO J, ZHAO D A, JI W, et al. Design and control of the open apple-picking-robot manipulator[C]∥Proceedings of the 3rd IEEE International Conference on Computer Science and Information Technology (ICCSIT), 2010,2: 5-8.

131 傅隆生, 張發(fā)年, 槐島芳德, 等. 獼猴桃采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)與試驗(yàn) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(3): 1-8. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20150301&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2015.03.001.

FU Longsheng, ZHANG Fanian, GEJIMA Y, et al. Development and experiment of end-effector for kiwifruit harvesting robot[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(3): 1-8. (in Chinese)

132 LIU J, LI Z, WANG F, et al. Hand-arm coordination for a tomato harvesting robot based on commercial manipulator[C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, 2013: 2715-2720.

133 MANN M P, RUBINSTEIN D, SHMULEVICH I, et al. Motion planning of a mobile cartesian manipulator for optimal harvesting of 2-d crops [J]. Transactions of the ASABE, 2014, 57(1): 283-295.

134 HAN L J, FUJIURA T, YAMADA H, et al. Cherry tomato harvesting robot with 3-D sensor on its end effector (part 2): image recognition and harvest experiment [J]. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery, 2010, 62: 127-136.

135 BARTH R, HEMMING J, HENTEN E J V. Design of an eye-in-hand sensing and servo control framework for harvesting robotics in dense vegetation [J]. Biosystems Engineering, 2016, 146: 71-84.

136 GARC A-LUNA F, MORALES-D AZ A. Towards an artificial vision-robotic system for tomato identification [J]. IFAC-PapersOnLine, 2016, 49(16): 365-370.

137 LIU B, GONG L, CHEN Q, et al. A stereo visual interface for manipulating the grasping operation of a fruit-harvesting robot [J]. Lecture Notes in Computer Science, 2014, 8918:239-244.

138 EJVAN H, HEMMING J, BAJVAN T, et al. Collision-free motion planning for a cucumber picking robot [J]. Biosystems Engineering, 2003, 86(2): 135-144.

139 CARDUCCI G, FOGLIA M, GENTILE A, et al. Pneumatic robotic arm controlled by on-off valves for automatic harvesting based on vision localisation[C]∥Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology, 2004: 1017-1022.

140 HAYASHI S, TAKESHITA D, YAMAMOTO S, et al. Collision-free control of a strawberry-harvesting robot by recognition of immature fruits [J]. Shokubutsu Kankyo Kogaku, 2013, 25(1): 29-37.

141 ZHAO Y, GONG L, HUANG Y, et al. A review of key techniques of vision-based control for harvesting robot [J]. Computers & Electronics in Agriculture, 2016, 127(C): 311-323.

142 POLDER G, HOFSTEE J W. Phenotyping large tomato plants in the greenhouse using a 3D light-field camera[C]∥2014 ASABE and CSBE/SCGAB Annual International Meeting, Paper Number 1882255,2014.

143 POLDER G, LENSINK D, VELDHUISEN B. PhenoBot-a robot system for phenotyping large tomato plants in the greenhouse using a 3D light field camera [C]. Phenodays Meeting, 2013.

144 李鑫, 李凌雁, 李楠. 基于RFID和WSN的采摘機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航設(shè)計(jì) [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2017, 39(9): 215-218, 268.

LI Xin, LI Lingyan, LI Nan. Autonomous positioning and navigation design of picking robot based on RFID and WSN[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2017, 39(9): 215-218, 268. (in Chinese)

145 熊瓊. 果蔬采摘機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航設(shè)計(jì)-基于 RFID 和 WSN 信息融合 [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2017, 39(10): 223-227.

XIONG Qiong. Autonomous positioning and navigation design of fruit and vegetable picking robot-based on information fusion of RFID and WSN[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2017, 39(10): 223-227. (in Chinese)

146 LIU J, HU Y, XU X, et al. Feasibility and influencing factors of laser cutting of tomato peduncles for robotic harvesting [J]. African Journal of Biotechnology, 2011, 10(69): 15552-15563.

147 LEHNERT C, ENGLISH A, MCCOOL C, et al. Autonomous sweet pepper harvesting for protected cropping systems [J]. IEEE Robotics & Automation Letters, 2017, 2(2): 872-879.

148 JOHN A J, CLARK C E, FREEMAN M J, et al. Review: Milking robot utilization, a successful precision livestock farming evolution [J]. Animal, 2016, 10(9): 1-9.

149 張凱良, 褚佳, 張鐵中, 等. 蔬菜自動(dòng)嫁接技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析 [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(3): 1-13. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20170301&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.001.

ZHANG Kailiang, CHU Jia, ZHANG Tiezhong, et al. Development status and analysis of autonomous grafting technology for vegetables[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(3): 1-13. (in Chinese)

150 CHOPDE S, PATIL M, SHAIKH A, et al. Developments in computer vision system, focusing on its applications in quality inspection of fruits and vegetables—A review [J]. Agricultural Reviews, 2017, 38(2): 94-102.

151 李國利, 姬長(zhǎng)英, 顧寶興, 等. 多末端蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與試驗(yàn) [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(12): 14-21. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20161203&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.12.003.

LI Guoli, JI Changying, GU Baoxing, et al. Kinematics analysis and experiment of apple harvesting robot manipulator with multiple end-effectors[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(12): 14-21. (in Chinese)

152 ZION B, MANN M, LEVIN D, et al. Harvest-order planning for a multiarm robotic harvester [J]. Computers & Electronics in Agriculture, 2014, 103(2): 75-81.

153 MANN M P, ZION B, SHMULEVICH I, et al. Combinatorial optimization and performance analysis of a multi-arm cartesian robotic fruit harvester—extensions of graph coloring [J]. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2016, 82(3-4): 399-411.

154 唐惠康, 鄭寶林. 基于 SingalR 和 Web 的采摘機(jī)器人遠(yuǎn)程編隊(duì)控制研究 [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2017, 39(3): 237-241.

TANG Huikang, ZHENG Baolin. Reseach on remote formation control of picking robot based on SingalR and Web[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2017, 39(3): 237-241. (in Chinese)

155 GEORGE V S, YIANNIS S, DAVID S. Dispatching and routing of robotic crop-transport aids for fruit pickers using mixed integer programming[C]∥American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2012.

156 劉繼展, 王紀(jì)章, 陳永. 溫室果蔬的機(jī)器人采摘-接運(yùn)協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)與控制方法:201210530180.5 [P]. 2013-06-19.

157 TAKAHASHI Y, OGAWA J, SAEKI K. Automatic tomato picking robot system with human interface using image processing[C]∥Proceedings of 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2001: 433-438.

158 付宗國, 王麗. 基于ATmega32的遙控采摘機(jī)器人設(shè)計(jì) [J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2012, 20(4): 151-154.

FU Zongguo, WANG Li.Design of a remote picking robot based on ATmega32[J]. Electronic Design Engineering, 2012, 20(4): 151-154. (in Chinese)

159 權(quán)龍哲, 李成林, 馮正陽, 等. 體感操控多臂棚室機(jī)器人作業(yè)決策規(guī)劃算法研究 [J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(3): 14-23. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20170302&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.002.

QUAN Longzhe, LI Chenglin, FENG Zhengyang, et al. Algorithm of works’ decision for three arms borot in greenhouse based on control with motion sensing thechnology[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(3): 14-23. (in Chinese)

160 許常蕾, 王慶, 陳洪, 等. 基于體感交互的仿上肢采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 33(增刊1): 49-55.

XU Changlei, WANG Qing, CHEN Hong, et al. Design and simulation of artificial limb picking robot based on somatosensory interaction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(Supp.1): 49-55. (in Chinese)

161 劉繼展, 彭海軍, 王紀(jì)章, 等. 高架栽培配套的基質(zhì)自動(dòng)攤鋪機(jī)： 201511013914.2[P]. 2016-04-06.