【正文】 ）現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)機(jī)器人大多是在已有的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)之上，配以農(nóng)業(yè)特殊性要求的專用系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)晶 。 本實(shí)驗(yàn)室對(duì)各種工業(yè)機(jī)器人已進(jìn)行多年的深入研究，具備了大量的關(guān)鍵技術(shù)知識(shí)儲(chǔ)備，尤其在多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制和多視覺信息融合控制上具有相當(dāng)完善的成果，這也是多功能農(nóng)業(yè)機(jī)器人開發(fā)的最主要也最關(guān)鍵的技術(shù)。 （ 3）本項(xiàng)目提出的 多功能收獲機(jī)器人系統(tǒng)是建立 在前期大量調(diào)研 的 基礎(chǔ) 之上， 主要 針對(duì) 近地面果蔬收獲 所面臨的 各種實(shí)際 問(wèn)題。同時(shí)，充分考慮了 多種末端執(zhí)行器的更換 和 多視覺信息融合控制 的 要求 ，設(shè)計(jì)了具體可行的研究方案， 將多種末端執(zhí)行器的更換 與 機(jī)器人 多視覺信息融合控制實(shí)現(xiàn) 真正 意義上的 有機(jī)結(jié)合提供必要依據(jù)。 （ 4）項(xiàng)目研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容的構(gòu)建既參考了實(shí)際應(yīng)用背景的需要，也充分結(jié)合了項(xiàng)目研究者自身的 技術(shù) 優(yōu)勢(shì)，做到有的放矢，有力放矢。 項(xiàng)目 研究目標(biāo)明確， 專注 于構(gòu)建 多種末端執(zhí)行器 與 多視覺控制 相結(jié)合的 智能控制系統(tǒng) ，研究 開放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人 的若干關(guān)鍵問(wèn)題。研究?jī)?nèi)容雖然具有很大的挑戰(zhàn)性，但課題組在要解決的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上都有 相似 工作積累，經(jīng)過(guò)深入的研究，完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。 綜上所述 ， 本 項(xiàng)目的研究 方案 是 切實(shí) 可行的， 具有創(chuàng)新性和前瞻性，研究團(tuán)隊(duì)具有良好的理論與技術(shù)積 累，具有良好的前期工作基礎(chǔ)，可以保證本項(xiàng)目樹立 完成，并取得 預(yù)期的 研究 成果。 2． 3 重大意義 開展開放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究，解決末端執(zhí)行器更換的問(wèn)題，改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)的性能，具有如下的重大意義： （ 1）隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，必然要求農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的同步，進(jìn)而要求解決農(nóng)業(yè)中存在的大量消耗勞動(dòng)力的現(xiàn)狀，所以研發(fā)具有高科技，智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)器人勢(shì)在必行。 （ 2）具有可更換多種末端執(zhí)行器的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”，增加了機(jī)器人的多功能性和性價(jià)比，從而降低成本，這將大大增強(qiáng)農(nóng)民的購(gòu)買力，為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣和普及奠 定基礎(chǔ)。 （ 3）隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高科技化，具有高投入高產(chǎn)出、無(wú)明顯季節(jié)性、可以連續(xù)耕作等特點(diǎn)的設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和完善，都為農(nóng)業(yè)機(jī)器人提供了廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前提。 ，市場(chǎng)需求分析 目前對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究多處于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)階段。沒有得到實(shí)際應(yīng)用。這成為制約農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。 法國(guó)是研究果蔬采摘機(jī)器人較早的國(guó)家之一，但由于技術(shù)、市場(chǎng)和價(jià)格等因素的影響，大部分果蔬采摘機(jī)器人的研發(fā)工作已基本陷入停頓。美國(guó)在自動(dòng)化收獲機(jī)器人方面沒有一個(gè)清晰的戰(zhàn)略 ，研究工作也趨于緩和。荷蘭收獲機(jī)器人的研究工作走在很多國(guó)家的前面，但在果蔬采摘方面的種類并不多。日本近年來(lái)開展了大量收獲機(jī)器人項(xiàng)目研究，進(jìn)展很快，但離真正的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有段距離。我國(guó)的研究工作正處于上升的階段，但大部分研究都是針對(duì)采摘機(jī)器人的某一部分進(jìn)行的，如視覺、機(jī)械臂、末端執(zhí)行器等。加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，尤其是加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展已成為中國(guó)當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的重要戰(zhàn)略任務(wù)，中央和各級(jí)政府正在不斷加大促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的扶持力度，同時(shí)出臺(tái)了一系列的農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目。隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化事業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī) 器人技術(shù)也必將成為 中國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備研發(fā)的重要內(nèi)容，并將取得較好較快的發(fā)展。 針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化程度問(wèn)題，現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的專家紛紛把研究重心從機(jī)械部分轉(zhuǎn)向機(jī)器視覺、人工智能方面，力圖解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問(wèn)題。從目前的技術(shù)水平來(lái)看，在自動(dòng)導(dǎo)航、視覺辨識(shí)定位等方面已有成熟的解決方案，但總的來(lái)講，目前智能系統(tǒng)的發(fā)展還不夠完善。很多任務(wù)無(wú)法由農(nóng)業(yè)機(jī)器人單獨(dú)完成；另一方面，即使是農(nóng)業(yè)機(jī)器人具備了相當(dāng)?shù)闹悄埽軌蛲瓿赡撤N任務(wù)，然而由于其制造成本過(guò)高，開發(fā)難度極大而難以實(shí)際應(yīng)用。 目前對(duì)于農(nóng) 業(yè)機(jī)器人的研究一般是采用上文提及的兩種實(shí)現(xiàn)方式：采用工業(yè)機(jī)器人和獨(dú)立設(shè)計(jì)專用機(jī)電系統(tǒng)。由于當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語(yǔ)言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu)。封閉的控制器結(jié)構(gòu)使工業(yè)機(jī)器人具有特定的功能、適應(yīng)于特定的環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，如增加傳感器控制等功能模塊。 工業(yè)機(jī)器人的封閉式結(jié)構(gòu)也限制了農(nóng)業(yè)機(jī)器人柔性生產(chǎn)能力和智能的擴(kuò)展。設(shè)計(jì)的專用農(nóng)業(yè)機(jī)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式同樣存在著擴(kuò)展性、通用性差的問(wèn)題。因此，研究具有開放式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人已是當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的最主要趨勢(shì)。開放式結(jié)構(gòu)的思想源于 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的要求，計(jì)算機(jī)集成制造、柔性制造和敏捷制造等新的生產(chǎn)模式要求機(jī)電設(shè)備具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種小批量的生產(chǎn)。為了提高機(jī)電系統(tǒng)的性能和智能水平，要求控制器具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。 開放結(jié)構(gòu)控制器大大提高了系統(tǒng)的柔性、可配置性、可擴(kuò)展性、交互性、可交換性、可移植性、可伸縮性、可靠性和復(fù)用性。與傳統(tǒng)的專用系統(tǒng)相比，開放式機(jī)器人控制器的優(yōu)點(diǎn)主要有： 1)開放式機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)可以由用戶或第三方開發(fā)人員更換或修改，用戶可以根據(jù) 需要進(jìn)行機(jī)器人控制器改型。開放式機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣； 2)硬件和軟件結(jié)構(gòu)很容易集成傳感器、操作接口，新的伺服控制規(guī)律等； 3)開放式機(jī)器人控制器采用模塊化技術(shù)，功能模塊的復(fù)用可以降低開發(fā)成本，使得重復(fù)性的開發(fā)工作大大減少，從而減少了整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間和成本； 4)開放式控制器便于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)、操作系統(tǒng)和用戶接口的標(biāo)準(zhǔn)化； 5)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)的開放式使得任何符合接口標(biāo)準(zhǔn)的第三方硬件和軟件包 都可以添加到系統(tǒng)中或替換功能相同的部件，從而刺激系統(tǒng)供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)，一方面用 戶可以獲得更豐富的硬件和軟件資源，降低實(shí)現(xiàn)成本。另一方面也加速了從研究系統(tǒng)向可操作系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化，這樣縮短了從研究到商品化產(chǎn)品的周期。 開放式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，具有良好的擴(kuò)展性、通用性和柔性作業(yè)的能力。機(jī)器人由機(jī)械、傳感、控制三大部分組成，通過(guò)更換不同自由度的機(jī)械部分適應(yīng)不同類型的農(nóng)作物 (如蘋果、黃瓜，西紅柿等 )，更換不同的末端執(zhí)行器適應(yīng)不同的作物 (如西紅柿、黃瓜、草莓等 )。針對(duì)不同作物，傳感器部分適當(dāng)?shù)卦黾雍蜏p少?？刂撇糠直Ａ糇銐蚪涌?，可以控制足夠自由度的機(jī)械部分和接收傳感器的信號(hào)。因此，具有開放 式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人開發(fā)周期短，降低了成本，增加了利用率，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的性價(jià)比，有利于推廣使用。 開放式結(jié)構(gòu)的軟件體系為實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、機(jī)機(jī)協(xié)作等新理論提供了理想平臺(tái)，也便于智能性的擴(kuò)展。人機(jī)協(xié)同控制技術(shù)是解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能發(fā)展水平與復(fù)雜任務(wù)要求之間矛盾的一條有效途徑。人的參與，可以充分考慮和發(fā)揮人的經(jīng)驗(yàn)、能動(dòng)性以及對(duì)意外事件的反應(yīng)能力，增強(qiáng)機(jī)器人處理突發(fā)事件以及不精確事件的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。機(jī)機(jī)協(xié)作即機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè)，多機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)可以顯著地提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能和工作效率。因此，具有 開放式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)為解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問(wèn)題提供了有效的途徑。 開放式結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的技術(shù)核心部分是其控制系統(tǒng)，因此具有開放式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的根本要求是具有開放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。事實(shí)上，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也只有具有開放式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)才能保證控制不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的不同機(jī)器人機(jī)械部分、末端執(zhí)行器和傳感器。因此，建立符合開放式定義、特征的農(nóng)業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，保證控制的可靠性、實(shí)時(shí)性，是關(guān)鍵所在。