【正文】 極 大的障礙。因此，開展開放式農(nóng)業(yè)機器人的關鍵技術(shù)研究，解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，是十分必要的。國家已設置現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化與農(nóng)業(yè)科技攻關專項，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。 （ 2）現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)機器人大多是在已有的工業(yè)機器人技術(shù)基礎之上，配以農(nóng)業(yè)特殊性要求的專用系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)晶 。 （ 3）本項目提出的 多功能收獲機器人系統(tǒng)是建立 在前期大量調(diào)研 的 基礎 之上， 主要 針對 近地面果蔬收獲 所面臨的 各種實際 問題。 （ 4）項目研究目標和研究內(nèi)容的構(gòu)建既參考了實際應用背景的需要，也充分結(jié)合了項目研究者自身的 技術(shù) 優(yōu)勢，做到有的放矢，有力放矢。研究內(nèi)容雖然具有很大的挑戰(zhàn)性，但課題組在要解決的多項關鍵技術(shù)上都有 相似 工作積累，經(jīng)過深入的研究，完全可以實現(xiàn)預期目標。 2． 3 重大意義 開展開放式農(nóng)業(yè)機器人的關鍵技術(shù)研究，解決末端執(zhí)行器更換的問題，改進現(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)代化進程的不斷加快，必然要求農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的同步，進而要求解決農(nóng)業(yè)中存在的大量消耗勞動力的現(xiàn)狀，所以研發(fā)具有高科技，智能化的農(nóng)業(yè)機器人勢在必行。 （ 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、無明顯季節(jié)性、可以連續(xù)耕作等特點的設施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和完善，都為農(nóng)業(yè)機器人提供了廣闊的市場和應用前提。沒有得到實際應用。 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，大部分果蔬采摘機器人的研發(fā)工作已基本陷入停頓。荷蘭收獲機器人的研究工作走在很多國家的前面，但在果蔬采摘方面的種類并不多。我國的研究工作正處于上升的階段，但大部分研究都是針對采摘機器人的某一部分進行的，如視覺、機械臂、末端執(zhí)行器等。隨著中國農(nóng)業(yè)機械化事業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機 器人技術(shù)也必將成為 中國未來農(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。從目前的技術(shù)水平來看，在自動導航、視覺辨識定位等方面已有成熟的解決方案，但總的來講，目前智能系統(tǒng)的發(fā)展還不夠完善。 目前對于農(nóng) 業(yè)機器人的研究一般是采用上文提及的兩種實現(xiàn)方式：采用工業(yè)機器人和獨立設計專用機電系統(tǒng)。封閉的控制器結(jié)構(gòu)使工業(yè)機器人具有特定的功能、適應于特定的環(huán)境，不便于對系統(tǒng)進行擴展和改進，如增加傳感器控制等功能模塊。設計的專用農(nóng)業(yè)機電系統(tǒng)的實現(xiàn)方式同樣存在著擴展性、通用性差的問題。開放式結(jié)構(gòu)的思想源于 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對機電設備的要求，計算機集成制造、柔性制造和敏捷制造等新的生產(chǎn)模式要求機電設備具有更大的柔性和更強大的編程環(huán)境，適應不同的應用場合和多品種小批量的生產(chǎn)。 開放結(jié)構(gòu)控制器大大提高了系統(tǒng)的柔性、可配置性、可擴展性、交互性、可交換性、可移植性、可伸縮性、可靠性和復用性。開放式機器人系統(tǒng)的應用范圍更廣； 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)開放式機器人控制器采用模塊化技術(shù)，功能模塊的復用可以降低開發(fā)成本，使得重復性的開發(fā)工作大大減少，從而減少了整個系統(tǒng)開發(fā)的時間和成本； 4)開放式控制器便于實現(xiàn)平臺、操作系統(tǒng)和用戶接口的標準化； 5)硬件和軟件實現(xiàn)的開放式使得任何符合接口標準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)供應商之間的競爭。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。機器人由機械、傳感、控制三大部分組成，通過更換不同自由度的機械部分適應不同類型的農(nóng)作物 (如蘋果、黃瓜，西紅柿等 )，更換不同的末端執(zhí)行器適應不同的作物 (如西紅柿、黃瓜、草莓等 )?？刂撇糠直Ａ糇銐蚪涌?，可以控制足夠自由度的機械部分和接收傳感器的信號。 開放式結(jié)構(gòu)的軟件體系為實現(xiàn)人機協(xié)同、機機協(xié)作等新理論提供了理想平臺，也便于智能性的擴展。人的參與，可以充分考慮和發(fā)揮人的經(jīng)驗、能動性以及對意外事件的反應能力，增強機器人處理突發(fā)事件以及不精確事件的能力，增強系統(tǒng)的魯棒性。因此，具有 開放式結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)機器人系統(tǒng)為解決農(nóng)業(yè)機器人的智能問題提供了有效的途徑。事實上，農(nóng)業(yè)機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)所需的不同機器人機械部分、末端執(zhí)行器和傳感器。 我國果蔬栽培歷史悠久，傳統(tǒng)栽培管理技術(shù)對發(fā)展我國果蔬生產(chǎn)起到了基礎保證作用 。但由于我國果蔬生產(chǎn)尚處于分散栽培的小農(nóng)經(jīng)濟階段，存在著農(nóng)民技術(shù)素質(zhì)差，農(nóng)業(yè)設備機械化水平較低，設施管理方法落后，果蔬結(jié)構(gòu)不合理，病蟲害防治不力等問題，都給我國果蔬生產(chǎn)帶來諸多亟待解決的問題。此外，我國還是果品生產(chǎn)大國，物種資源豐富，果品品種達 50多種，是世界果樹起源最早、種類最多的原產(chǎn)地，堪稱“世界園林之母”。近年來國家放開果品購銷價格實行多渠道經(jīng)營，極大地調(diào)動了果農(nóng)的生產(chǎn)積極性。我國設施園藝（果蔬）面積已長期穩(wěn)居世界第一，已成為真正的園藝大國。目前我國蘋果每公頃單產(chǎn)為 5501kg，而美國為 25445kg，世界平均水平產(chǎn)量為 8084kg；我國柑橘每公頃單產(chǎn)只有 6248kg，而美國為 27962kg，巴西為 18682kg。所以設施園藝的機械化水平和先進的管理方式都將對我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重要影響。果蔬生產(chǎn)指導方針是因地制宜調(diào)整布局、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、面向國際國內(nèi)兩個市場、加速果蔬的更新?lián)Q代、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、提高農(nóng)業(yè)設備的機械化等。 農(nóng)業(yè)機器人又是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中最重要的組成部分，所以農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展程度亦代表著農(nóng) 業(yè)現(xiàn)代化的程度。尤其是設施內(nèi)生產(chǎn)管理的機械化與設施環(huán)境調(diào)控自動化是設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要方面，比如采用開放式農(nóng)業(yè)機器人對農(nóng)作物進行耕種、除草、噴藥、采摘、挑揀等一系列工序，能提高作業(yè)的精度和效率、作業(yè)者的安全性與舒適性，實現(xiàn)省力化。 ，與項目相關的前期工作情況 本項目 的依托單位為 沈陽工業(yè) 大學。“ 十一五 ” 以來，科研進款量近 10 億元，承擔各類科研項目3400 余項，科技成果鑒定 97 項，申請專利 994 項，獲國家科技進步二等獎1 項，省部級以上科技獎勵 114 項 ，被三大檢索收錄論文 3080 篇。 極端條件下新型永磁電機理論及其應用技術(shù)研究團隊成功獲批 “ 教育部創(chuàng)新團隊 ”， 是遼寧省省屬院校第二個國家級創(chuàng)新團隊； “ 現(xiàn)代電工裝備理論與共性技術(shù)重點實驗室 ” 成功獲批遼寧省高校重大科技平臺。 項目組所屬學機械設計及理論為遼寧省一級重點學科， 具有良好的實驗研究條件，擁有先進的復雜曲面數(shù)控制造技術(shù)重點實驗室、先進在線檢測技術(shù)驗 室、先進焊接技術(shù)及自動化重點實驗室等，配備數(shù)控編程室、數(shù)控電火花成型機、數(shù) 控線切割機、三坐標測量機等高性能加工機器和處理實驗系統(tǒng)。對于本項目在研究開發(fā)過程中所需的其他設備環(huán)境，項目組均能根據(jù)所需進行設計與購置，完善實驗系統(tǒng)，保證研究與開發(fā)工作的順利完成。 1994 年獲 大連理工大學機械制造工藝及設備 專業(yè) 學士 學位， 1999 年獲東北大學 機械制造及其自動化 專業(yè) 碩士 學位， 2020 年 獲中科院沈陽自動化研究所機械電子工程專業(yè)博士學 位。學術(shù)研究成果受到國內(nèi)外同行的廣泛關注與好評 并 發(fā)表學術(shù)論文 12 篇 。 這些 有利條件 成為項目能夠順利完成的堅實保障。 項目申請團隊擁有良好的實驗研究條件，擁有先進的 復雜曲面數(shù)控制造技術(shù)重點實驗室、先進在線檢測技術(shù)驗室、先進焊接技術(shù)及自動化重點實驗室等 。 。Zhang Yu