番茄采摘机械手的设计与试验研究

摘 要

　　我国已成为番茄的最大的生产与出口国，果蔬的季节性采摘，会造成周期性的劳动力 急缺、劳动力成本突增，从而增加了果蔬的种植生产成本。因此对番茄采摘机械的研究成 为了智慧农业发展的重要方向之一。采摘机械手作为果蔬收获类机器人的末端执行器是整 个采摘系统的重要组成部分，机械手的采摘能力直接影响了整个体统的执行效率，所以对 采摘机械手的设计是收获机器人研发的重要环节。在总结了当前采摘机械手在国内外的发 展现状，以最大限度的保护番茄果实不受损伤为设计目标，受番茄的植物学特征启发，遵 循番茄自然生长繁衍规律，以 TRIZ 创新设计理论为辅助工具，设计出了一种将作用力施 加于番茄桔梗生长节点的番茄采摘机械手。并通过模拟仿真、样机试验等方式对番茄采摘 机械的设计合理性和采摘效率进行了验证。验证结果表明，所设计的番茄采摘机械手达到 了设计的预期目标。

　　本设计的创新点在于机械手采摘番茄的方式，通过对番茄植物学特征的研究发现番茄 叶柄与桔梗相连处有一生长节点，在进行采摘时番茄从此节点分离所需拉力最小；通过采 摘番茄时的受力分析可知，采摘番茄的难易程度与番茄桔梗同上级分支间的夹角成正比， 而机械手中的分离机构能够增大番茄桔梗与上级分支间的倾斜角度使番茄更容易被采摘。 所以设计了一种能够即不对番茄果实施加压力又能将该节点分离的采摘机械气人末端执 行器。所设计机械手将番茄的定位机构与桔梗的分离机构分层结合到统一系统中，研究初 期以微型处理器 Arduino 进行控制，通过调节机械手中的三个伺服电机协同带动机构运动 来完成设计的预定采摘动作。

　　关键词：采摘机器人；机械手；运动仿真；番茄采摘

Abstract

　　China has become the largest producer and exporter of tomatoes. Seasonal picking of fruits and vegetables will cause periodic labor shortage and sudden increase of labor cost, which will increase the planting and production cost of fruits and vegetables. Therefore, the research on Tomato Picking machinery has become one of the important directions of the development of intelligent agriculture. As the end effector of fruit and vegetable harvesting robot, picking manipulator is an important part of the whole picking system. The picking ability of manipulator directly affects the execution efficiency of the whole system. Therefore, the design of picking manipulator is an important link in the research and development of harvesting robot. After summarizing the current development status of picking manipulator at home and abroad, taking the maximum protection of tomato fruit from damage as the design goal, inspired by the botanical characteristics of tomato, following the natural growth and reproduction law of tomato, and taking TRIZ innovative design theory as an auxiliary tool, a tomato picking manipulator with force applied to the growth node of tomato Platycodon grandiflorum was designed. The design rationality and picking efficiency of Tomato Picking machinery were verified by simulation and prototype test. The verification results show that the designed tomato picking manipulator has achieved the expected goal of the design.

　　The innovation of this design lies in the way of picking tomatoes by manipulator. Through the study of tomato botanical characteristics, it is found that there is a growth node at the connection between tomato petiole and Platycodon grandiflorum. When picking, the pulling force required for tomato to separate from this node is the smallest; Through the stress analysis when picking tomatoes, it can be seen that the difficulty of picking tomatoes is directly proportional to the included angle between tomato Platycodon grandiflorum and its superior branch, and the separation mechanism of the manipulator can increase the inclined angle between tomato Platycodon grandiflorum and its superior branch, making tomatoes easier to be picked. Therefore, a pneumatic end effector of picking machinery is designed, which can not only not exert pressure on tomato fruit, but also separate the node. The designed manipulator combines the positioning mechanism of tomato and the separation mechanism of Platycodon grandiflorum into a unified system. In the early stage of the research, the micro processor Arduino is used to control, and the designed predetermined picking action is completed by adjusting the three servo motors of the manipulator to drive the mechanism movement together.

　　Keywords: picking robot; manipulator; Dynamic simulation; Tomato Picking

目 录

　　1 绪论

　　1.1 研究的目的与意义

　　据国际粮农组织统计，2018 年我国水果及蔬菜产量已占全球产量的 50%,其总产量 超 9.65 亿吨，居世界首位[1].在果蔬生产过程中多依赖于人员和机械密集型劳动，在采摘 收货的过程中采摘机械及工具会对果蔬造成损伤，影响了果蔬采摘的效率。果蔬的季节性 采摘，会造成周期性的劳动力急缺、劳动力成本突增，从而增加了果蔬的种植生产成本。 为解决在果蔬采摘过程中劳动力替代和提高生产率等问题，发展选择性收获技术，成为了 国际农业机器人技术和果蔬收获技术的重要研究方向[2].

　　番茄是全球消费最多的蔬菜之一，也是中国最重要的出口优势农产品之一，20 世纪 90 年代初，中国的番茄产量产国美国成为世界最大的番茄成产国。据联合国粮食及农业 组织统计数据显示，2018 年中国番茄产量达 6163.2 万吨，较 2017 年增长 203.6 万吨。在 生产过程中所劳动力占整个过程的 30%~60%,在国内番茄生产的采摘环节主要依靠人力 完成。所以，研究番茄生产过程中的自动采摘技术与装备，将在缓解作业工人缺乏、降低 劳动强度、提高农业生产效率、降低生产成本、完善蔬果品质和确保采摘工作方便性等方 面具有很大的发展空间和市场需求[3].

　　我国对番茄采摘机械的研究起步相对较晚，而且由于采摘时工作环境的复杂性和采摘 对象的多样性以及生产规模化较低、使用成本高等因素，使机械化作业在番茄收获环节的 普及较难实现。基于此，设计一种保果式并具有高效率、低成本、自动化程度高等特点的 采摘机械成为了国内外的研究热点[4-5].

　　1.2 果蔬采摘机械国内外研究现状

　　1.2.1 国外研究现状

　　国外在上世纪 70 年代就开展了蔬菜采摘机器人的研究，本世纪以来随着机器人技术 和智能控制技术的发展，相关研究取得了较多的成果。

　　1、以色列 FFRobotics 公司研发 FF 机器人，如图 1-1a 所示，是一种综合收获平台， 它的水果收获解决方案结合了精确而简单的机器人控制，快速而准确的图像处理以及先进的算法，用于挑选和区分可用产品以及受损，患病和未成熟的水果。收割机很容易改装， 以采摘不同类型的新鲜水果，从而使其在多个收割季节都能进行对不同水果的采摘。它将 既能实现将采摘系统模块化的装载在农用拖拉机上，又能按照要求定制自行式收获平台。 结构上 FF 机器人采摘平台可进行模块化搭建，实现双向、多层级同时采摘，如图 1-1b 所 示，这也是它高效的原因之一。FF 机器人的末端采摘机械手在采摘苹果时采用的是三指 爪式结构，如图 1-1c,通过图像分析定位抓取到合格果实后爪式结构会做轴向转动将苹果 摘下。摘下的果实会沿着本层的传送机构传送到旋转收集箱中[6].

　　2、由美国 Abundant Robotics 生产的 Abundant 采摘机器人平台，如图 1-2a 所示，与 FF 采摘机器人一样属于室外果园型水果采摘机器人。与 FF 不同的是，Abundant 机器人只 拥有一组末端采摘器械，末端的采摘原理是超真空吸管，如图 1-2b 所示，由图像分析系 统进行高速拍照分析控制对准适合采摘的果实，果实被吸入真空管到达传送系统，再由传 送系统进行分装。Abundant 采摘机器人的优势在于它的采摘速度非常快，虽然只有一套采摘系统，但是由于它的数据分析能力及采摘系统的运动速度较快，可达 1 个/秒，这使得 Abundant 采摘机器人的采摘效率足以与 FF 机器人相比。2019 年 10 月美国 Abundant Robotics 公司与以色列 FFRobotics 公司就这两款机器人采摘技术和性能在美国华盛顿的果 园中进行了竞赛和评估[7].

　　3、美国 RooT AI 公司研发的 Virgo 是一款小型温室番茄采摘机器人，如图 1-3a 所示， 它会在种植行内行进过程中利用高清三维相机对种植空间进行扫描，检测出成熟且完好的 番茄果实进行采摘。此机器人无需与上级数据处理中心相连，具备独立采摘能力，可自行 完成数据的采集、分析、处理及采摘工作。它采用的是悬臂式设计，三自由度机械臂连接 在柱型升降机构上可上下移动。采摘机械手为三指爪式机构，如图 1-3b 所示，弹性指关 节末端固定在机械手根部，指关节被中央气动推杆的收紧环驱动，在采摘时中央气动推杆 会向之间方向移动，由于收紧环的直径小于手指松弛状态的围绕直径，指关节会随推杆的 前移而收紧，从而夹紧番茄果实，如图 1-3c 所示[8].

　　4、以色列 Metomotion 公司研发的 GRoW 被定义为"温室机器人工人",GRoW 机器 人现阶段的第一个实践领域是选择性自动收获温室番茄。GRoW 的发展方向是能尽量简化 改造的现有的温室环境，让 GRoW 系统能容易的集成到现有的温室基础设施上。GRoW 能完成温室种植的多项任务，包括收获果蔬、修剪枝叶、监控授粉等。结构上 GRoW 是 自行式中型采摘平台，如图 1-4a 所示，六自由度机械臂在门型平台上端可自由移动，机 械臂上的末端执行器为可以开合的菱形机械手。采摘时通过平台上的 3D 视觉系统对成熟 番茄进行定位，机械臂靠视觉系统规划好的路线将机械手移动至番茄串下方，如图 1-4b 所示，之后机械臂控制菱形装置将番茄串完全套入，如图 1-4c 所示，此时用菱形装置前 端的分离道具将番茄串桔梗分离，如图 1-4d 所示，在分离桔梗的同时采摘器前端会夹紧 番茄串，如图 1-4e 所示，采摘每串番茄的用时在 10s 左右[9].

　　5、英国的 Boaz Arad 与其同事共同开发了 Sweeper 甜椒收获机器人[11],如图 1-5a 所 示。该机器人系统包含一个六自由度工业臂，该机械臂与专门设计的末端执行器相连， RGB‐D 摄像头，如图 1-5b 所示，与具备图形处理单元的高端计算机，可编程逻辑控制器， 其他电子设备以及储存容器。所有设备均安装在自行智能平台上，该平台可在轨道或地面 上自动行驶。机器人在采摘甜椒时，采摘机械手在机械臂的控制下按照曲面 Z 型轨迹由下 至上对甜椒植株进行 3D 摄影，在图形处理单元形成三维高清影像，如图 1-5c 所示，图像 处理单元的高端计算机向可编程控制器输出机械手的采摘控制指令，最后采摘机械手对甜 椒进行采摘，Sweeper 在收获甜椒时的平均速度仅为 24 s.末端采摘机械手部分，在到达最佳采摘位置时由机械手上方的定位器抵住甜椒与主干的 V 形连接处，如图 1-5d 所示， 再通过定端的震动刀片将桔梗与主干连接处分离，如图 1-5e 所示。

　　1.2.2 国内研究现状

　　1、中国农业大学工学院设计的温室黄瓜采摘机器人[81],如图 1-6a 所示，是一种自行 履带式机器人，履带驱动机构上方装备有双目系统、采摘控制箱、末端执行器、采摘机械 臂和黄瓜果篮。下方履带移动平台不但有良好的通过性会还会根据导航摄像机的图像设定 最佳的行进路线，视觉系统采用双摄设计加大了对环境情况的采集能力，中央控制器通过 视觉数据分析处理图像数据，中央控制器根据图像信息对摘取目标进行三维定位，定位数 据发送给机械臂控制器，控制器为采摘机械手设计了采摘路径，最后由柔性机械手对黄瓜进行采摘。末端采摘执行器由上端的桔梗分离机构和下方的花瓜夹紧装置组成，如图 1-6b 所示，桔梗分离机构可以根据果实的形状不同，自动调节重心位置与桔梗位置的距离。夹 紧装置是双指结构，采用的软体手指能够根据黄瓜不同形状自动改变夹紧的力度和夹紧位 置，通过视觉捕捉系统能够自动夹紧黄瓜重心位置，使采摘过程更加稳定。

　　2、由重庆理工大学研究生付舜研发的柑橘采摘机器人[12],如图 1-7 所示，末端执行器 是一种针对柑橘采摘的机械手。机械手采所搭载的平台是由北京遨博智能科技有限公司生 产的 OUR-i5 型机械臂、履带式自主移动平台、双目摄像机、上位机、显示器、输入设备、 机械臂控制箱及果篮组成，如图 1-8 所示。此机械手为钳式结构，机械手两侧有气压推力 杆作为动力，采摘时气压推杆推动连杆，连杆机构使钳式机构闭合将柑橘桔梗分离。

　　3、华南农业大学张炳超所研发的番木瓜采摘末端执行器[13],采用的是三指爪式结构， 如图 1-9a 所示。此采摘机械手主要由电机、卷线筒、底座、手指和钢丝绳组成，如图 1-9b 所示。当机械手到达采摘位置时，电机带动卷线筒旋转，将细钢丝缠绕在卷线筒上，细钢 丝另一端与机械手指相连，手指随细钢丝绳沿外壳上的导向槽向内测移动，将番木瓜夹紧。 机构的独特之处在于每根机械手指都是靠两根连接在卷线筒两端的细钢丝绳来实现收紧 与释放的，如图 1-9c 所示。当机械手收紧手指时一根钢丝绳会沿转动方向收紧，另一根 钢丝绳则会反向释放，使机械手指沿外壳导向槽向内移动；当机械手需要释放手指时电机 反转，使两根钢丝绳反向缠绕，机械手指此时将沿外壳导向槽向外侧移动。

　　4、四川农业大学孙焕骏研发的智能温室番茄采摘系统末端执行机构[14],是一种欠驱 动式采摘机械手，如图 1-10a 所示。该机械手的动力来源于下方的伺服步进电机，在采摘 番茄时，伺服步进电机驱动丝杠转动，如图 1-10b 所示，丝杠上的滑块向下运动，滑块带 动连杆使机械手指向内收紧，番茄触碰到机械手指上的齿条压力连杆时，齿条会向机械手 指内运动，如图 1-10c 所示，齿条通过齿轮使指尖关节转动，指尖关节向内弯曲 ,在夹 紧番茄后通过指尖上的压力传感器会将压感信号传输给上位机，上位机判断番茄所受压力， 到达预定值时指关节停止收紧。当释放番茄时伺服电机反向转动，手指张开，机械臂此时 将机械手向下倒置，指尖受番茄重力作用张开，齿轮带动齿条归位。此设计的优点是只有 一个伺服步进电机作为机械手动力源，降低了机械手整体的重量，减轻了机械臂压力。缺 点是机械手指的结构略显复杂，在作业时容易发生故障；并且机械手指尖靠番茄自身重力 控制，对机械手加持果实的角度有一定要求，从而限制了采摘时整体机构的运动。

　　5、国家农业智能装备工程技术研究中心的王晓楠等人研发的番茄采摘机器人[15],如 图 1-11a 所示，是综合采摘平台。此机器人集成了采摘手爪、机械臂、视觉系统、控制器、 移动平台、升降台、果实篮。机器人在实施采摘作业时机器人会启动视觉系统，对周围的 环境进行观测，当发现成熟果实时会启动激光定位装置对果实周围进行扫描。处理器会将 扫描的结果汇总换算成空间三维坐标，处理器将坐标及机械臂运动的轨迹信息一同传送至 机械臂驱动装置，驱动装置驱动机械臂是采摘机械手到达制定采摘位置，对成熟番茄进行采摘。采摘机械手为套筒型装置，如图 1-11b 所示，采摘时机械臂将套筒采摘装置对准待采 番茄，真空装置在套筒中产生负压，番茄被吸入套筒，此时套筒内部的气囊充气膨胀夹持 番茄，旋拧电机开始旋转通过后方齿轮使套筒转动，将番茄桔梗扭断，采下番茄。

　　总结：

　　（1）先进的果蔬采摘机械大多都为自行移动平台，光学传感器、智能处理器、控制 器、采摘手臂都搭设在移动平台上。

　　（2）采摘末端执行器大多安装在多自由度机械臂上，由机械臂将采摘机械手移动至 采摘位置进行采摘作业。

　　（3）采摘机械手按对果实的施力方式可分为对果实施施力进行采摘和对桔梗施力进 行采摘。

　　（4）对果实的定位方式大多为图像采集分析、3D 扫描分析。
　　（5）采摘机械手的驱动装置包括电机驱动、液压驱动、气压驱动三种形式。 在智能农作物采摘方面，我国的农业研究虽然相对于发达国家起步较晚，但发展速度 很快，不少院校、研究所都在对采摘领域进行不断探索，并获得了很大的成绩。和国外的 先进技术相比，仍存在很大的差距，特别实在机械手的灵活度和反应能力方面，并且一些 在国外很多地方都已实现智能采摘机械的商业化，而我国许多研究仅在试验阶段。到目前为止，我国采摘机器人领域还是缺乏成熟的商业化产品，很多研究正在试运行和样机试验 阶段。

　　目前蔬果采摘器存在的缺点主要有如下四点：

　　（1）现在的采摘器只是针对单一的蔬果进行采摘，缺乏采摘普及性。

　　（2）果蔬的识别度不强，辨别出水果的是否适宜采摘，造成不必要的浪费。并且对 果蔬的定位不太准确。
　　（3）果蔬的枝叶容易遮挡果实，采摘时需要在植物的内部进行识别。
　　（4）需要提高机械的设计柔性和灵巧性，能够避开障碍，加快采摘的速度，保证采 摘的质量，减少对果实的破坏。

　　（5）实现果实与桔梗分离的方式主要有剪切和拉拽。用剪切方式进行自动化采摘， 会增加对果实的伤害几率，同时剪切工具必须躲避未成熟果实及其他枝叶，会使采摘装置 的设计更加复杂，故舍弃剪切分离方式而采用拉拽式分离方式。

　　1.2.3 发展方向

　　随着科技的不断发展，农业技术也将迎来更多的技术革新。其主要的发展目的在于解 放更多劳动力、提高生产效率、扩大经济效益、保护环境、减少能源消耗等方面。未来对 温室采摘机器人的研究重点在以下几个方面[16].

　　（1）向智能化发展。温室采摘机器人需要向着更加智能化的方向发展，结合 AR 等 先进技术发展智能一体化，结合作物生长期的多个环节，与其他植保机器人等形成有效的 工作集合体。结合多种传感器，使整个种植过程形成闭环系统。

　　（2）向功能全面化发展。果蔬的采摘机构会与种植机构、植保机构甚至包装运输机 构集合为统一整体，实现果蔬种植机器人的全功能化。未来农业将解放出更多的生产力， 是多余劳动力转移至上层决策级。

　　（3）向物联网化发展。采摘机器人将于其他智能系统通过网络构成一个智农业农业 智能化网络。实现智能机器人在各个农业生产环节上的无缝对接，提高生产效率的同时最 大化的保证了果蔬的新鲜程度。

　　1.3 研究的主要内容与技术路线

　　1.3.1 研究的主要内容

　　根据番茄的生长特性及采摘特点，采用 TRIZ 理论对番茄采摘机构进行合理设计，提 高番茄采摘效率的同时对番茄果实的损伤降到最低，具体研究内容如下：

　　（1）番茄叶柄末端与桔梗之间生长节点的最大抗拉强度试验研究。 针对处于半熟期的番茄，研究选取果实质量、采摘角度、采摘速度作为影响因素，进 行番茄叶柄末端与桔梗之间生长节点的最大抗拉强度试验研究，获得节点处拉力试验相关 数据。在单因素试验的基础上，进行三因素五水平响应曲面试验设计，得出最优的极限参 数。通过分析数据得番茄生长节点处的最大抗拉强度平均值和最大值，作为设计采摘机械 结构时的依据。

　　（2）通过 TRIZ 设计方法，提出番茄采摘机械手的设计方案。 针对番茄的种类、生长特性、形状尺寸及采摘特点，以及采摘果实的动作特点，以 TRIZ 理论作为设计依据，根据番茄采摘机构采摘时的倾斜角度、采摘力度、速度等参数 等提出采摘机构原理及机械手的结构，建立采摘机械手的三维仿真模型，进行机构仿真分 析。

　　（3）番茄采摘机械手的试验研究 通过对番茄采摘末端执行器作业过程的理论分析和结构分析，完成其末端执行器、电 动系统和控制系统方案设计，样机加工，将末端执行器模型写入机器人操作系统平台，搭 建其控制系统，完成番茄采摘末端执行器采摘试验与结果分析。

　　1.3.2 研究的技术路线

　　2 番茄特征及采摘过程分析

　　2.1 番茄的植物学特征

　　2.1.1 番茄植物特征

　　2.1.2 采摘番茄品种选择

　　2.2 番茄采摘的工艺要求

　　2.2.1 温室番茄种植农艺要求

　　2.2.2 人工采摘动作特征分析

　　2.3 番茄力学分析

　　2.3.1 番茄果实力学特征分析

　　2.3.2 番茄桔梗的力学性能分析

　　2.3.3 番茄采摘的力学分析

　　2.4 本章小结

　　3.1 设计原则

　　3.2 结构形式设计

　　3.2.1 采摘方式选择

　　3.2.2 采摘动作构思

　　3.2.3 驱动方式选择

　　3.2.4 传动方式选择

　　3.2.5 结构自由度确定

　　3.2.6 工作空间确定

　　3.2.7 零件加工方式选择

　　3.3 总体结构设计

　　3.3.1 定位机构设计

　　3.3.2 分离机构设计

　　3.3.3 承载机构设计

　　3.4 控制系统设计

　　3.5 本章小结

　　第四章 采摘机械手的虚拟样机建立与仿真分析

　　4.1 虚拟样机建立

　　4.1.1 建立虚拟样机

　　4.1.2 采摘动作设计

　　4.2 有限元分析

　　4.2.1 预试验

　　4.2.2 零件静力学分析

　　4.3 机械手运动仿真分析

　　4.4 本章小结

　　第五章 采摘机械手的试验研究

　　5.1 样机试制

　　5.1.1 零件制作

　　5.1.2 机械手装配

　　5.1.3 编写控制程序

　　5.2 番茄采摘机械手试验研究

　　5.2.1 材料与设备

　　5.2.2 试验方案设计

　　5.2.3 采摘试验

　　5.2.4 系统改进

　　5.2.5 试验结论

　　5.4 本章小结6 结论与展望

　　6.1 结论

　　采摘机械的末端执行器作为果蔬收获类机器人的重要组成部分，直接影响了整个体统 的执行效率，对采摘机械手的设计是收获机器人研发的重要环节。因此本论文总结了当前 采摘机械手在国内外的发展现状，以最大限度的保护番茄果实不受损伤为设计目标，受番 茄的植物学特征启发，遵循番茄自然生长繁衍规律，以 TRIZ 创新设计理论为辅助工具， 设计出了一种将作用力施加于番茄桔梗生长节点的番茄采摘机械手。并通过模拟仿真、样 机试验等方式对番茄采摘机械的设计合理性和采摘效率进行了验证。验证结果表明，所设 计的番茄采摘机械手达到了设计的预期目标。 在设计研究过程中得出以下结论：

　　（1）对国内外智能采摘系统及其末端执行器的发展现状进行了总结和分析。

　　（2）明确了采摘机械手所研究的番茄品种，对番茄植物学特征及力学特性的分析，得到 了番茄果实的抗原强度和桔梗抗拉强度的重要参数。对番茄种植和采摘过程进行研究和总 结， 得出了采摘时有关参数之间的关系和对采摘难易程度的影响。

　　（3）提出了本设计创新性的采摘方案，以 TRIZ 理论为辅助工具为机械结构和采摘动作的 设计提出了解决方案。

　　（4）完成了采摘机械手零件及组合方式的设计，为机械手番茄定位和分离机构选择了动 力驱动及传动方式，并为控制系统及供电系统提出了解决方案。

　　（5）通过三维设计软件 NX12.0 对设计的机械手进行了虚拟建模，利用 NX 的仿真功能对 设计零件进行了有限元静力学分析。通过对机械手的采摘过程进行了运动仿真，采集了采 摘过程中机械系统关键点的运动轨迹，对其运动轨迹、速度及加速度云图进行了拆解分析。

　　（6）通过 3D 打印的方式对设计零件进行了加工，完成了试验样机的搭建。

　　（7）选择了影响采摘动作的关键参数作为因素并制定了试验方案。通过单因素试验找到 了关键参数的最佳设定值与机构改进方案，机械手的采摘倾角θ设置为 44°且对分离机构的 控制参数 T 设定为 350 时采摘成功率最高。对机械手进行改进后再次进行了以采摘成功率 作为评价指标的检验性试验，本次试验采摘成功率达到了 90%,试验证明完成了提高采摘率为改进目标。最后进行了试验田的实践性采摘，试验结果表明机械手的田间采摘成功率 达到了 75%,并为采摘机械系统的进一步改进及发展提出了新的目标。

　　6.2 展望

　　本文以番茄的植物学特征为依据，通过 TRIZ 理论解决了设计中出现的问题，最后通 过仿真模拟和采摘试验检验并改进了采摘机械手控制参数及机构设计。在完成初步验证性、 检验性、实践性三次试验之后证明了改设计合理有效的达到了设计目标，但也存在着不足 和改进的空间，经过总结所设计的番茄采摘机械手还需要在以下几方面做进一步的改进与 研究：

　　（1）本设计是基于一中型体积番茄进行的设计与试验研究，采摘机械手对其他品种 番茄的适应性还未做进一步试验论证。

　　（2）采摘机械手上的番茄位机构还存在改进空间，其定位钩的塑性变形极限较低使 定位钩在长时间使用后出现材料疲劳现象，无法在伸出时形成环形机构。

　　（3）摘机械手属采摘机械人系统的末端执行器，现阶段还未与上位多自由度机械臂 向连接。在接下来的工作中会建立与机械臂及运动平台连接，设计机械臂将机械手推送至 采摘位置的算法。

　　（4）选择精度较高的视觉捕捉系统，捕捉番茄的空间位置信息，建立三维空间采摘 图。

　　（5）使番茄采摘机器人与物联网相连，健全智能种植采摘系统。最后形成果蔬能也 生产的整周期智能化，使人们从繁杂的农业劳作中解脱出来。

致 谢

　　时光飞逝转眼间三年就这样过去了，回忆考研时光仿佛就在昨天，不禁感动。三年来， 老师们的教诲使我对学术、对科研有了深刻的认识。我将 "困知勉行、积厚成器"时刻铭 记在心，相信在未来的道路上这将成为我披荆斩棘的利器。

　　感谢黑龙江八一农垦大学给予我这段宝贵的人生经历，感谢我的导师胡军教授三年来 对我的教导与帮助，感谢导师王妍玮教授对我的鼓励与督促，我将以两位导师作为我今后 求学之路上的楷模，也感谢我的同学们对我的支持。

　　我同样要感谢默默支持我的家人们，感谢父母多年来对我的培养，感谢妻儿对我的理 解与支持，是你们给了我前进的勇气与信心。

　　还记得在备考期间一位老师曾说过"考研将是人生中最难忘的拼搏经历",回头看来 令我更难忘的是大家给予我的许多，这些会一直伴随着我，给予我无尽力量。

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