【正文】 開(kāi)放式近地面果蔬收獲機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究 可行性研究報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏(yíng)利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并 向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 1．項(xiàng)目概述 開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)器人是 21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)之一。用于采摘、收獲、修剪、耕耘、嫁接和農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)等方面的各具特色的農(nóng)業(yè)機(jī)器 人已在許多國(guó)家得以研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。但這些農(nóng)業(yè)機(jī)器人只是具有特定的功能，適應(yīng)于特定的環(huán)境，通用性差，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，并且由于季節(jié)性問(wèn)題導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用效率低下，間接地增加了成本。因此，研究具有通用性、適應(yīng)性強(qiáng)、可擴(kuò)展的和低成本的開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人走向?qū)嵱闷占暗闹匾e措之一。 將農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不僅需要能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，合理利用勞動(dòng)力資源，而且還能改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，提高作業(yè)質(zhì)量等。但是，農(nóng)業(yè)機(jī)器人所具有的作業(yè)對(duì)象的嬌嫩性和不確定性、作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性、作業(yè)動(dòng)作的復(fù)雜性、操作對(duì) 象與價(jià)格的特殊性等特點(diǎn)，需要農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有高度的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最佳的作業(yè)內(nèi)容與作業(yè)方法；需要其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格合理，便于操縱與推廣使用；需要其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多樣性與作業(yè)對(duì)象的多變性等要求。 目前，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)方式主要體現(xiàn)為 2 種，一種是利用現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)具體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，另一種是研制專(zhuān)用機(jī)電系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的農(nóng)業(yè)人生產(chǎn)作業(yè)。而已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為行走系列機(jī)器人，其主要目標(biāo)是自助行走，邊行走變作業(yè)，技術(shù)比較成熟，此類(lèi)機(jī)器人有自行走耕耘機(jī)器人、施肥機(jī) 器人、和除草機(jī)器人等；另一類(lèi)為機(jī)械手系列機(jī)器人，其作業(yè)對(duì)象是果實(shí)、家畜等離散個(gè)體，由于作業(yè)對(duì)象的基本形態(tài)特征和力學(xué)特征的不用，對(duì)機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)和機(jī)械手的控制技術(shù)有很高的要求，此類(lèi)機(jī)器人主要有嫁接機(jī)器人、采摘機(jī)器人和移栽（育苗）機(jī)器人等。但這些機(jī)器人由于僅僅是為解決專(zhuān)門(mén)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化與智能化而研制的，因而只具有特定的功能，適應(yīng)于特定的環(huán)境，通用性差，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，并且由于季節(jié)性問(wèn)題導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用效率低下，間接地增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。 國(guó)內(nèi)外對(duì)適用于農(nóng)作物不同生產(chǎn)任務(wù)的開(kāi)放式機(jī)器人的研 究較少，僅有ontaM 等與 anV entenH 等開(kāi)展了相關(guān)工作的研究。 盡管研究不多，但這類(lèi)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，特別是針對(duì)具有類(lèi)似工作條件、易于 操作轉(zhuǎn)換的開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人而言具有廣闊前景。筆者主要針對(duì)近地面果蔬的除草、噴藥、噴水和采摘等作業(yè)任務(wù)，分析開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特性要求與關(guān)鍵技術(shù)。 本項(xiàng) 目的研究具有先進(jìn)性和綜合性的特點(diǎn)，將在 末端執(zhí)行器的更換和開(kāi)放式系統(tǒng)的研究上 取得重要突破，具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 將直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 領(lǐng)域，項(xiàng)目研究成果將有力促進(jìn) 我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 的 科技水平與 發(fā)展 進(jìn)程 。 、可行性和重大意義 2． 1 必要性 （ 1）我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力必將逐步向社會(huì)其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，可以預(yù)計(jì)進(jìn)入 21 世紀(jì)后，我國(guó)將面臨著比世界任何國(guó)家都要嚴(yán)重的人口老齡化問(wèn)題，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將嚴(yán)重短缺 。 （ 2）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目中，許多環(huán)節(jié)如水果、蔬菜 的采摘與挑選等都是勞動(dòng)密集型工作，再加上農(nóng)業(yè)季節(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得果蔬采摘既耗時(shí)又費(fèi)力，且效率低下，采摘成本占整個(gè)生產(chǎn)成本的很大部分。 （ 3）現(xiàn)在各國(guó)已研發(fā)出各種不同功能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，但這些機(jī)器人大都只具有特定的功能，適應(yīng)于特定的環(huán)境，通用性差，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，并且由于農(nóng)業(yè)季節(jié)性問(wèn)題導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用效率低下，間接的增加了成本，這也是農(nóng)業(yè)機(jī)器人無(wú)法普及的主要原因 。 （ 4）目前，已在應(yīng)用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人均以 CCD 攝像機(jī)作為視覺(jué)傳感器，易受自然環(huán)境的干擾，可靠性不高；此外，因?yàn)楝F(xiàn)代控制算法的封閉式局限， 使得農(nóng)業(yè)機(jī)器人控制較為復(fù)雜，加上農(nóng)民的文化素質(zhì)普遍較低，所以可操作性較低 。 （ 5）現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)器人大都是專(zhuān)用的機(jī)電系統(tǒng)， 而專(zhuān)用機(jī)電系統(tǒng)存在著通用性、可擴(kuò)展性差的問(wèn)題，如用采摘西瓜的機(jī)器人采摘蘋(píng)果，那么從末端執(zhí)行器、機(jī)械部分、控制部分至傳感器部分都要換，這意味著又重設(shè)計(jì)了一個(gè)新的機(jī)電系統(tǒng)。使得農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，成本較高，不利于推廣和普及。 這些問(wèn)題嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的工作進(jìn)程，勞動(dòng)力的日益萎縮，勞動(dòng)生產(chǎn)率一直無(wú)法快速提高，都是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題，給農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣和普及帶來(lái)極 大的障礙。這些問(wèn)題同時(shí)嚴(yán)重的阻礙農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究工作的高速發(fā)展，致使國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)受到極大拖累。因此，開(kāi)展開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究，解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問(wèn)題，是十分必要的。 2． 2 可行性 （ 1） 21 世紀(jì)，隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，國(guó)家“十二五規(guī)劃”表明了我國(guó)要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的決心，開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)器人已是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)。國(guó)家已設(shè)置現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化與農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)，加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，完善現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系。為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)提供了政策和資金的保證。 （ 2