水果辅助采摘机械装置

『壹』 如何利用TRIZ理论创新设计采摘执行器

针对采摘执行器在采摘过程中无法控制采摘压力导致水果受损的问题，设计一种基于TRIZ的矛盾冲突理论和物场模型的采摘执行器。
研究目的与方法：
为提高果类在适宜采收期内的采摘效率，各种类型的水果辅助采摘机械应运而生，而这些采摘机械中的核心部件是末端执行器。末端执行器是水果采摘机械中完成水果抓取功能的组件，具体包括定位、抓取、采摘和复位等动作的执行，但市面上常用的简易型采摘器所配置的末端执行器多是靠人力控制以实现功能，其自动化程度低，采摘耗时耗力。针对现有采摘执行器在采摘过程因无法控制水果采摘压力导致水果易损伤的问题，应用TRIZ矛盾冲突理论和物场模型分析方法进行采摘执行器的创新设计。
通过TRIZ系统组件分析和功能模型进行问题分析，找出采摘执行器的有效功能和不足功能；运用TRIZ的技术冲突理论、物理冲突理论以及物场模型分析得出各种解决方案，经综合比较，最终运用分割原理方案实现执行器的压力可控且安装简易，运用空间分离原理实现执行器爪头自动扭转。新型的力度可控执行器在压力传感器和电机的相互配合下实现水果的无损自动抓取和采摘。
研究结果与结论：
1、综合应用TRIZ矛盾冲突理论和物场分析模型方法，设计了基于TRIZ理论的新型采摘执行器。新型采摘执行器主要由爪头、爪座、传感器和电机等组成，且采摘压力可控。从而实现水果的无损自动抓取和采摘，同时适用于不同果品采摘作业。
2、对采摘执行器进行了运动仿真和试验验证，进一步证明了采摘执行器的稳定性和可靠性。试验结果表明采摘执行器的抓取压力为2.5 N时采摘效果最佳且水果无挤压损伤，在30 min的采摘试验中，平均每个水果的采摘时间约为6 s，采摘成功率为93%。试验表明，采摘执行器的采摘效率和成功率符合采摘创新设计要求，为后续采摘器的研究提供了理论参考依据。

『贰』 农业机器人来了！

农业发达国家，机器人似乎已经开始成为智能时代的一种新风尚，在世界各地，有不少农场都投入使用了效率比农场工人高得多的机器人。

农业机器人是一种机器，是机器人在农业生产中的运用，是一种可由不同程序软件控制，以适应各种作业,能感觉并适应作物种类或环境变化，有检测(如视觉等)和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。

一、发展

农业机器人出现后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多种类型农业机器人。目前日本居于世界各国之首。在进入21世纪以后，新型多功能农业机器人得到日益广泛地应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替手工完成各种农活，第二次农业革命将深入发展。。区别于工业机器人，是一种新型多功能农业机械。农业机器人的广泛应用，改变了传统的农业劳动方式降低了农民的劳动力，促进了现代农业的发展。

二、分类

1、施肥机器人

美国明尼苏迭州一家农业机械公司的研究人员推出的机器人别具一格，它会从不同土壤的实际情况出发，适量施肥。它的准确计算合理地减少了施肥的总量，降低了农业成本。由于施肥科学，使地下水质得以改善。

2、大田除草机器人

德国农业专家采用计算机、全球定位系统(GPS)和灵巧的多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂除草的机器人。首先，由农业工人领着机器人在田间行走。在到达杂草多的地块时，它身上的GPS接收器便会显示出确定杂草位置的坐标定位图。农业工人先将这些信息当场按顺序输入便携式计算机，返回场部后再把上述信息数据资料输到拖拉机上的一台计算机里。当他们日后驾驶拖拉机进入田问耕作时，除草机器人便会严密监视行程位置。如果来到杂草区，它的机载杆式喷雾器相应部分立即启动，让化学除草剂准确地喷撒到所需地点。

3、菜田除草机器人

英国 科技 人员开发的菜田除草机器人所使用的是一部摄像机和一台识别野草、蔬菜和土壤图像的计算机组合装置，利用摄像机扫描和计算机图像分析，层层推进除草作业。它可以全天候连续作业，除草时对土壤无侵蚀破坏。科学家还准备在此基础上，研究与之配套的除草机械来代替除草剂。收割机器人美国新荷兰农业机械公司投资250万美元研制一种多用途的自动化联合收割机器人，著名的机器人专家雷德·惠特克主持设计工作，他曾经成功地制造出能够用于监测地面扭曲、预报地震和探测火山喷发活动征兆的航天飞机专用机器人。惠特克开发的全自动联合收割机器人很适合在美国一些专属农垦区的大片规划整齐的农田里收割庄稼，其中的一些高产田的产量是一般农田的十几倍。

4、采摘柑桔机器人

西班牙 科技 人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成，能够从桔子的大小、形状和颜色判断出是否成熟，决定可不可以采摘。它工作的速度极快，每分钟摘柑桔60个而靠手工只能摘8个左右。另外，采摘柑桔机器人通过装有视频器的机械手，能对摘下来的柑桔按大小马上进行分类。

5、采摘蘑菇机器人

英国是世界上盛产蘑菇的国家，蘑菇种植业已成为排名第二的园艺作物。据统计，人工每年的蘑菇采摘量为11万吨，盈利十分可观。为了提高采摘速度，使人逐步摆脱这一繁重的农活，英国西尔索农机研究所研制出采摘蘑菇机器人。它装有摄像机和视觉图像分析软件，用来鉴别所采摘蘑菇的数量及属于哪个等级，从而决定运作程序。采摘蘑菇机器人在机上的一架红外线测距仪测定出田问蘑菇的高度之后，真空吸柄就会自动地伸向采摘部位，根据需要弯曲和扭转，将采摘的蘑菇及时投入到紧跟其后的运输机中。它每分钟可采摘40个蘑菇，速度是人工的两倍。

6、分检果实机器人

在农业生产中，将各种果实分检归类是一项必不可少的农活，往往需要投入大量的劳动力。英国西尔索农机研究所的研究人员开发出一种结构坚固耐用、操作简便的果实分检机器人，从而使果实的分检实现了自动化。它采用光电图像辨别和提升分检机械组合装置，可以在潮湿和泥泞的环境里干活，它能把大个西红柿和小粒樱桃加以区别，然后分检装运，也能将不同大小的土豆分类，并且不会擦伤果实的外皮。

7、番茄收获机器人

日本番茄收获机器人针对成熟番茄果实表现为红色这一特点, 用彩色CCD摄像头作为视觉传感器, 基于RGB分量区分水果和茎叶。

8、采摘草莓机器人

日本国家农业和食品研究发明了一个能够采摘草莓的机器人。该机器人装有一组摄像头，能够精确捕捉草莓的位置，还有配套软件能根据草莓的红色程度来确保机器人采摘的是成熟的草莓。虽然此机器人目前只能采摘草莓，但可以通过修改程序来使机器人采摘其它水果，如葡萄、番茄等。机器人采一个草莓的时间是9秒，如果大范围使用并能保持采摘效率，可以节省农民40%的采摘时间。

三、为什么会出现农业机器人

在美国、日本等国家，农业人开口很少，随着农业的规模化、多样化、精确化，劳动力不足的现象越来越明显。而现实中许多作业项目都是劳动力密集型的工作，再加上时令要求，劳动力短缺严重。为了解决这一现象问题，农业机器人应运而生。

四、农业机器人的特点

◆ （1）农业机器人作业对象的娇嫩性

生物具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。且其种类繁多，形状复杂，在三维空间里的生长发育程度不一，相互差异很大。

◆ （2）农业机器人的作业环境的非结构性

由于农业作物随着时间和空间的不同而变化，机器人的工作环境是变化的、未知的，是开放性的环境。作物生长环境除受园地、倾斜度等地形条件的约束外，还直接受季节、大气和时间等自然条件的影响。这就要求生物农业机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理能力，而且还要能够顺应变化无常的自然环境。要求农业机器人在视觉、知识推理和判断力等方面具有相当的智能。

◆（3）农业机器人作业动作的复杂性

农业机器人一般是作业、移动同时进行，农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面等特点。



◆ （4）农业机器人的使用者

农业机器人的使用者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点。

（5）农业机器人的价格特性

工业机器人所需要大量投资由工厂或工业集团支付，而农业机器人以个体经营为主，如果不是低价格，就很难普及。

在农业生产中使用机器人有很多好处：可以提高劳动生产率；解决劳动力不足的问题；改善农业生产者的安全、卫生环境；提高作业质量等。

五、农业收获机器人的发展现状

农业机器人出现之后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多重类型的农业机器人。现如今，新型多功能农业机器人得到日益广泛的应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替人工完成各种农活。

◆ 1.国外农机现状

目前，各农业发达国家果蔬收获机器人的研究已经取得了很大的进展，但离实用化和商品化还有很长一段距离。法国是最早研究水果收获机器人的国家之一。日本近年来在收获机器人研究方面进展很快，但还没能真正实现商业化。荷兰收获机器人的研究工作也走在很多国家的前面，但研究的果蔬种类并不多。



目前收获机器人还未得到真正应用的原因主要是：

1) 果实的识别率和采摘率不高,损伤率较大；

2) 果实的平均采摘周期较长；

3) 收获机器人的制造成本较高。

◆ 2.国内农机现状

我国是一个发展中的农业大国，农业问题始终是关系到我国经济 社会 发展的根本问题。

但是我国的农业机器人在精度、效率和稳定度方面和国外还有一定的差距。

随着新的农业生产模式和新技术的应用, 机器人将越来越多地应用到农业生产中。在农业中运用机器人是从质的方面提高劳动生产率的新方法，也是农业机械产品技术发展的一个标志。

但是由于农业生产的季节性、农产品的价格、农业作业的复杂性等特点对农业机器人的性价比、智能提出较高的要求, 成为制约农业机器人研究应用的瓶颈问题。因此，农业机器人技术将是新世纪的重点研究内容之一。

『叁』 八种国际顶尖农业机器人一探未来农业

随着 科技 的不断发展，机器人、人工智能、AI、大数据、元宇宙这些高 科技 技术和概念的出现，为人们带来对未来的憧憬和向往。在高速发展的 科技 时代，未来的农业会如何？

本期，壹度创意我与你一起了解全球顶尖农业机器人及其在农业各个阶段的应用，去一同探究未来农业所带来的变革。

众所周知，春播夏长秋收冬藏，这是自然作物的生长规律。农作物除了遵循自然规律之外，还与其所处的地域及气候等因素相关。但无论哪些因素的影响，农作物都会遵循其内在生长规律。正如农民耕种所遵循的流程化作业一样，如犁地、播种、浇水施肥、锄草、灭虫、灌溉、收获几个步骤是必不可少。

通常，农民在种地之前一般选取一块肥沃的土地，进行犁地，将土块拍碎，越碎越好，然后播下种子并用土覆盖，之后施肥为保证土壤湿润要进行浇灌，后期要进行打除草剂等，如果气候干燥还要及时灌溉，最后进行收割。在农业发展的历程中，我们最初依赖于农民的勤耕日作，但随着农业机械化及农业机器人的出现，农业的生产方式发生了很大的变化。

01 · 犁地机器人

一款芬特公司研发播种机器人采用了swarm定向播种技术，这些机器人以一种完全自主、高效且高精度的协作方式，来进行犁地和播种的工作，极大地改善了农耕时节农民从人工推犁耙到牛车拉犁耙，再到驱农用车犁地的劳动方式。

02 · 育苗机器人

育苗大部分时间只是把盆栽作物移来移去，这是一项非常单调枯燥的工作，浪费人力、效率不高。来自波士顿的育苗机器人解决了这个问题。这个育苗小管家主要由滚动轮胎、抓手和托盘组成。工作人员只要实现在触摸屏上设定地点参数，机器人就能感应盆栽，并自动把它们移动到目的地点。不过，它们的工作的确是最单调的。

03 · 种植机器人

播种的时节到了，在乡村地头我们依旧可以看到，农民拿着铁锹一铁锹挖个坑把种植播下去的场景，也可能会看到一个农民开着类似拖拉机一样的农业机械完成种植作业。这不免让我们感慨，农民那么辛苦的工作，但得到的回报却极其微薄。农业机械化的发展减轻了农民的劳动负担，提高了农业产量，促使农业发展向前迈进了一大步。

而国外一款名为Prospero的自动微型种植机器人在减轻劳动力及提高农业产量方面有着更为突出的贡献。它采取团队协作的方式，结合博弈论理论来逐株做出种植决策。机器人的顶部装有旋转双超声波感应器以来感知障碍物来避开潜在的风险，机器人下方传感器可以获取更精准的数据，来决定植物种植的最佳间距和深度。如果在它所停留之处未发现种植，Prospero可以挖个洞，放一粒种子，并用土壤将其覆盖。

此外，一位法国发明家发明了专用于葡萄种植园的机器人，并把它命名为“瓦也”（Wall-Ye）。它几乎能代替种植园工人的所有工作：修剪藤蔓、剪除嫩芽、监测土壤和藤蔓的 健康 状况。除此之外，瓦也比目前已有的种植园机器人多出一种功能，那就是安全系统。瓦也只能在有程序设定好的种植园工作，危险情况下还能启动自我毁灭程序。只在设定好的范围内工作，危险情况下宁愿启动自我毁灭程序也不“反叛”，颇有科幻片主角瓦力的感觉，瓦也可算是最忠诚的机器人了。

04 · 灌溉机器人

为了使农作物更好地生长，浇水、施肥、除草是培育农作物的过程中必不可少的过程。国外一款名为Grower被称为“草坪或农田中的灌溉英雄”。Grower可以自行慢游，利用传感器检测农田的干燥度来智能地灌溉。有些地比较湿润，不需要浇那么多水，有些土地比较干燥，需要浇大量的水，这样既为农作物提供了一个均衡的环境，还有效地节约了水资源。

05 · 蜜蜂机器人

植物开花授粉，才能酝酿果实。一到夏天，我们就能看到忙碌的蜜蜂身影。但如果你种植的植物是大棚，且在蜜蜂冬眠时开花，授粉就成为一个难题。

哈佛工程师发明了一种形似蜜蜂的小型飞行机器人，它可以自动传授花粉、进行灾后搜查和救助工作，是一款功能多样的农用机器人。英国科学家的野心更大，他们希望能发明出一款模拟真实蜜蜂大脑的机器蜂，它能基本完成蜜蜂的所有工作。这种功能强大的小“飞行员”，是不是很有科幻片的感觉？

06 · 农作物监测机器人

德国科学家研发出一款名叫BoniRob的农业机器人，它装了高精度的卫星导航，能将自己的位置精确在2厘米以内。它的外形很像一款四轮越野车，利用光谱成像仪来区分出绿色作物和褐色土壤，并记下每一株作物的位置，在生长季中一次次返回原地观察它们的生长。有着越野车的外形，却做着人工智能的活，难道不是很炫酷吗？

这“只”机器人就像一个仓鼠球，没有轮子也没有腿脚，移动起来就像一只仓鼠在球里跑。它利用GPS和WI-FI技术监测农作物数据，包括土壤组成、温湿度和植被 健康 状况，并报告给农民。“滚跑”过程中，它还能帮助抚平土壤，而且不会对农作物造成伤害。假如这只小球不小心掉入陷阱或被人抓了，农民可以远程操控它运作。跑起来就像是仓鼠在笼子嬉戏，再加上它圆滚滚的外表，最萌的农业机器人不是它还能是谁？

在澳大利亚杏仁农场上工作的机器人，可以巡逻果园并收集数据

“瓢虫”智能农业机器人，虽然不能消灭害虫，但它可以移动侦察农场，测绘，分类以及监测多种作物之间的问题。

07 · 采摘机器人

收获季节，大量农作物成熟，通常，在乡村田间会看到家家户户都开始在田间收获果实。有些果实如果不及时收割，就会落果腐败。这也是一个劳动力密集型作业。

Frontier IP推出了一款树莓采摘机器人，树莓比任何其他水果都娇嫩柔软，生长在树叶和浆果分布复杂的灌木丛中。

当然，还有很多机器人公司根据不同作物果实特征，研发了各种水果采摘、农作物收割机器人，极大地减轻农民劳作负担及劳作时间成本。

08 · 牧羊机器人

大草原上，你会时常看到牧羊人赶着牛羊群的身影。羊群非常依赖牧羊人的饲养和保护，或由牧羊人的带领下寻找新的草场觅食。澳大利亚科学家发明了一种功能类似牧羊犬的机器人来取代牧羊人，能在农场上代替人或牧羊犬赶羊。它使用2D和3D感应器，内置了全球定位系统，能够根据羊群的移动速度来赶着它们走。

本期，关于顶尖的农业机器人就分享到这里。在这个 科技 与信息的时代，壹度创意认为：

我们要立足当下农民切实问题，如劳动力缺失、生产效率低等问题，也要抬头看未来，尤其当下哪些技术可以切实地帮助农民解决问题，提升农业的生产率。农业机器人的出现从根本上解决了当下农业发展过程中受人力及生产效率制约的问题。

虽然很多技术还只是研发阶段，但我们坚信，未来农业将会更加智能、便捷，为千百年来被缚于土地之上农民减轻负担，促进农业增产、提效、提质，在乡村振兴与发展领域，真正发挥其贡献。

延伸阅读

『肆』 四川古蔺，轨道进果园，机械助采收，此举对果园的采收带来什么好处

四川古蔺，轨道进果园，机械助采收，此举对果园的采收带来什么好处？对于这种情况的出现的话，对于整个果园的这个采收是带来巨大的一个好处，为什么这样说呢？因为我们在踩着这个水果的时候是会出现功能，在采摘的过程当中不小心损伤了这个果实，这样的话就会导致很多的这个水果会浪费，而这种情况的出现的话就能够减少这种损失，而且像采摘一个果园的这个果实的话，所需要耗费的人力物力是非常的多的，有了这种东西的话，那么就能够减少这种损失，然后加快采摘的这个效率，这样的话也就能够避免了水果太晚采摘判洞脊导致浪费的情况了

总的来说这种举动的话对于整个果园的采收来说是能够提高掘渗这个效率降低这个损失的，在短时间之内的话就能够采摘完成，这样的话就能够避免大量的这个水果的浪费，能够提高这个效率

『伍』 从智能化采摘到智能装箱，全自动水果采摘机器人有多牛

这种全自动水果采摘机器人真的是太厉害了，速度是非常快的，而且效率也是很高的，能够极大的减少劳动力。

『陆』 目前市场上的水果采摘器有什么优劣势

水果采摘器，可来以使人站在地上自便能快速地将水果采摘下来。该采摘器主要由剪刀、水果下滑布筒、操纵钢索、操纵扳手以及竹杆等构成。使用时，人用手举起竹杆，使竹杆上端的滑筒口套在水果上，然后捏动操纵扳手，滑筒口剪刀的两片合拢，将水果把剪断，水果沿滑筒下落，滑筒上每隔两尺左右有一个松紧带圈，该圈的直经小于水果直经，可以起缓冲作用，使水果沿布筒以较低的速度落入筐中。

『柒』 有没有什么辅助人工采摘水果的装置或者想法

现在，可以辅助采摘水果的机器很多，
根据水果的不同，有智能全自动的，还有半自动的
像，葡萄，草莓，都可以达到全自动化了
苹果类的，多数是半自动化。
还有简易的辅助工具，也好多。
大型的农机展上，有时就能看到

『捌』 我想问下这个水果剪枝采摘器是什么原理的呢，里面的结构是怎样的呢，里面的结构是怎样设计的可以在伸缩时

简单点说和普通的剪刀没有什么区别，就在在中间加了一个小的联动机构！~~

『玖』 高大果树水果采摘装置的意义

减少采摘的危险性。以辅助密集、高枝水果的采摘。可以降低劳动强度，提升采摘效率，减小采摘时高空作业的危险性，因此研究开发辅助人工水果采摘机械装置具有重要意义。水果采摘装置，属于水果采摘领域。水果采摘装置包括采摘单元、输送管及收集单元。采摘单元包括采摘杆及设置于采摘杆顶部的刀具。