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目前国内水果的采摘仍然以人工为主,一方面增加了果园的劳动成本,降低了水果采摘效率;另一方面,随着人口老龄化,农业劳动人员短缺也是我国农业发展所面临的问题。本文主要以苹果的采摘为例,对苹果采摘机器人进行分析和研究,以期通过农业的机械化和自动化提高果园劳动效率,降低劳动成本。 首先,通过对国内外采摘机器人研究成果的分析,结合苹果的形状以及采摘环境的特点,对苹果采摘机器人的硬件系统进行改进型设计,将采摘机器人的硬件结构划分成视觉采集系统模块、末端执行器感知系统模块、交流伺服系统模块和控制模块,并且分别对每个模块的硬件选型和结构设计进行分析和研究;其次,针对果园环境复杂,果实和障碍物难以定位的特点,通过三目视觉系统,获取三幅图像,同时对这三幅图像进行分析和处理,通过对这三幅图像的像素进行分析,建立相对应的像素关系,从而确定果实或障碍物到摄像机之间的距离。通过三目视觉系统来提高果实、障碍物定位的精确度;最后,针对农业采摘机器人路径规划中W-空间(Workspace)运动轨迹难以保证机械手运动的所有路径都在工作范围内等问题。将园林中的苹果和树干等障碍物抽象成为点和线段,采用C-空间(Configuration Space)来进行机械手避障路径规划设计,在C-空间算法中,采用一个罚函数来定义障碍,随着障碍之间的距离不断增大,使得罚函数的值很快下降,并且通过将每个障碍的罚函数值加在一起,作为整条路径的罚函数值。C-空间算法由于加入了最短路径和障碍距离的概念,实现路径优化。 本文所设计的农业采摘机器人,通过引入视觉采集系统、和机械手避障路径规划控制等功能,可以实现苹果采摘的自动化,降低了苹果采摘劳动难度,提高了苹果采摘的效率,同时也为国内其它果蔬的采摘提供一点借鉴,具有一定的现实意义和理论研究意义。