【正文】 制算法，使得機(jī)器人具有可更換多種末端執(zhí)行器的功能，且作業(yè)動(dòng)作更加精確和高效。Yang kuo。 申請(qǐng)者發(fā)表與本項(xiàng)目有關(guān)的主要論著目次和獲獎(jiǎng)情況 申請(qǐng)人主要論著： [1] 張禹 ；李雀屏；楊國(guó)哲；蘇東海 . 水下滑翔機(jī)器人載體外形設(shè)計(jì)與優(yōu)化 [J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 , 2020, 10:148150. [2] 續(xù)長(zhǎng)明； 張禹 ；許培武 . 基于太陽(yáng)能的水下機(jī)器人的設(shè)計(jì) [J].機(jī)械制造機(jī)器自 動(dòng)化 , 2020, 40(3): 138140. [3] 張禹 ；石瑩；楊國(guó)哲；蘇東海 . 水下滑翔機(jī)器人控制系統(tǒng)研究 與開(kāi)發(fā) [J].制造業(yè)自動(dòng)化 , 2020, 31(5): 2628. [4] 張禹 ； 田佳平；田佳鑫；張秀紅 . 水下滑翔機(jī)器人載體結(jié)構(gòu)的有限元分析 [J]. 制造業(yè)自動(dòng)化 , 2020, 21(1): 65526555. [5] 張禹 ；張亮；何廣濤；蘇東海 . 水下機(jī)器人實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)研究與開(kāi)發(fā) [J]. 系統(tǒng)仿真 學(xué)報(bào) , 2020, 30 (22): 457460. [6] Su Donghai。 項(xiàng)目組的人員配備合理，均為工作在科研與開(kāi)發(fā)第一線的骨干教師、技術(shù)人員，以及研究生隊(duì)伍，具有豐富的科研經(jīng)驗(yàn)和銳意進(jìn)取的探索精神。具有豐富的科學(xué)研究和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，掌握 水下滑翔機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)機(jī)理 的學(xué)科發(fā)展前沿，近 幾 年來(lái)，一直在 智能機(jī)器人面部表情 、 開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人 、 助殘 康復(fù)機(jī)器人 、 醫(yī)療機(jī)器人、工業(yè)弧焊 機(jī)器人控制等領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，在 多視覺(jué)信息融合技術(shù) 、 5 自由度機(jī)器人的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制、開(kāi)放式控制系統(tǒng)等 研究中 取得了重要的理論與應(yīng)用成果，為深入開(kāi)展本項(xiàng)目的研究奠定了良好基礎(chǔ)。這些軟硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)均可用于本項(xiàng)目的基本實(shí)驗(yàn)研究。學(xué)校被評(píng)為遼寧省知識(shí)產(chǎn)權(quán) “ 興業(yè)強(qiáng)企 ” 示范單位 。因此，我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的總體發(fā)展目標(biāo)是：在種植面積不斷擴(kuò)展的同時(shí)，機(jī)械化水平、設(shè)施檔次、管理水平、產(chǎn)量和品質(zhì)等都能有明顯提高，爭(zhēng)取把我國(guó)由農(nóng)業(yè)大國(guó)逐漸向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。所以設(shè)施園藝的機(jī)械化水平和先進(jìn)的管理方式都將對(duì)我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重要影響。無(wú)論與發(fā)達(dá)國(guó)家還是世界平均水平比，我 國(guó)水果單產(chǎn)都是很低的。果品生產(chǎn)超速發(fā)展，目前我國(guó)果品總產(chǎn)量已 躍居世界第一，產(chǎn)值僅次于我國(guó)糧食和蔬菜。 自上世紀(jì)末期我國(guó)設(shè)施蔬菜面積位居世界各國(guó)首位以來(lái)，近年來(lái)又取得了飛躍的發(fā)展， 2020年以蔬菜 為主體的設(shè)施栽培面積已達(dá) 698萬(wàn)公頃，比 1999年的 139萬(wàn)公頃增減了 5倍多，溫室面積是歐洲、南美洲、東亞、美國(guó)總和的 8倍多，其中塑料溫室面積是上述地區(qū)和國(guó)家總和的 11倍多。因此，建立符合開(kāi)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。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(kāi)放 式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人開(kāi)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(kāi)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。與傳統(tǒng)的專用系統(tǒng)相比，開(kāi)放式機(jī)器人控制器的優(yōu)點(diǎn)主要有： 1)開(kāi)放式機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)可以由用戶或第三方開(kāi)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。因此，研究具有開(kāi)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)。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)。 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(jué)、人工智能方面，力圖解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問(wèn)題。日本近年來(lái)開(kāi)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。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。 （ 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)。 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(jué)控制 相結(jié)合的 智能控制系統(tǒng) ，研究 開(kāi)放式農(nóng)業(yè)機(jī)器人 的若干關(guān)鍵問(wèn)題。 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(jué)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(kāi)發(fā)的最主要也最關(guān)鍵的技術(shù)。 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)。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。 （ 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。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)。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，一類為行走系列機(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。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。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。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。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。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。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)表或撰寫的成果作品。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。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。 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)。 盡管研究不多，但這類機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，特別是針對(duì)具有類似工作條件、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。 、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 。 （ 5）現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)器人大都是專用的機(jī)電系統(tǒng)， 而專用機(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)器人采摘蘋果，那么從末端執(zhí)行器、機(jī)械部分、控制部分至傳感器