引言：随着世界人口的急剧增加，农业生产所承受的压力越来越大，队大规模、高效率的生产模式的需求也日益明显。同时，科技的发展和各种理论、技术的突破也使得这类生产模式成为可能。农业机器人凭借其无疲劳、高效率的优势起到相当重要的作用。自动采摘机器人正是在这种背景下诞生的。20世纪末开始，美国、日本、法国、印度等许多国家开始了对自动采摘机器人的研究，并取得了一定成果，但应用情况并不乐观。
番茄内含有糖、有机酸、矿物质和多种维生素等营养成分，属于营养丰富的“水果蔬菜”，是广泛栽培的重要果菜种类。据20世纪90年代中期统计，世界番茄的总产量为4900万吨/年。随着设施农业的发展和作业机械化的要求，对番茄种植模式的要求也越来越高，尤其是在可控环境的温室中种植面积迅速增长，因此种植、管理和收获的劳动量也越大，研究开发果实收获机器人，实现机械化、自动化与智能化是现代农业工程的重要课题。
一、相关领域国内外研究现状
从1983年第一台番茄采摘机在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发已经历经了近20年。
日本和欧美等发达国家相继理想研究用于采摘苹果、番茄、葡萄等水果的智能机器人。到1997年，国外开发的一系列果品蔬菜收摘机器人军言之出了样机。在农业机器人的研究方面，法国是最早研究水果收获机器的国家之一。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。
在中国，农业机器人研究也逐渐起步。中国农业大学率先在我国研制出自动嫁接机器人，并先后研制成功了自动嫁接法、自动旋切贴合法等嫁接技术。吉林大学与吉林农业研究所研制的除草机器人，装有摄像机和图像处理计算机，能快速准确的分辨出蔬菜苗、杂草和土壤之间的差别，还能在种植行间自动行走。上海交通大学的曹其新等人开发了草莓拣选机器人样机。该样机具有学习功能，作业时可根据示教拣选对象的标准样本，改变或调整机器人拣选草莓的种类，并可一机多用，即使是没有专业知识的操作人员，也能很容易的掌握操作方法。
免清洗助焊剂分析国内外农业机器人的研究进展与应用现状可知，国外已经研制了各种农业机器人，技术比较成熟，部分农业机器人已有初步应用，但我国农业机器人技术研究处于起步阶段，与日本、美国等发达国家差距较大。开发各类机械，适应农业生产过程智能化发展的趋势，是当代农业工程领域的重要研究课题。
二、关于番茄自动采摘机器人的介绍
一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成：机械手、环境、任务和控制器。对于番茄自动采摘机器人，机械手是进行番茄采摘的执行部分。它的设计要考虑到准确定位、不损伤番茄、有效避开枝叶等功能，同时还要考虑末端执行装置的可变更性，从而实现该机器人的多种用途，例如除草、喷药等。番茄自动采摘机器人的工作环境比较复杂。若在果棚中种植，环境相对稳定。若为露天，环境就相对复杂了。较合理的番茄自动采摘机应有采摘、除草、喷药等多种功能，这样便于实现番茄种植的机械化，节省成本。控制器是番茄自动采摘机的核心。它要实现果实识别，精确定位，正确采摘等关键控制功能。 番茄自动采摘机器人的工作步骤如下：
N
Y
3AS4-12三、机械手要实现的功能
调整机械手姿态
当检测到成熟果实，机械手靠近目标，在适当位置通过手腕的俯仰运动来调整机械手臂采摘时的姿态。
夹持功能
由于番茄属于软质果实，夹持器要求保证能稳定抓取的同时不弄坏果实，有的番茄成簇生长，夹持器抓取目标果实的时候要不损伤其茎叶，以免破坏其它果实的成长。
折断功能
夹持稳定后，通过机械手的旋转将目标果实从茎节出折断。
四、机械手的结构设计
机械手机构设计也称机构综合，主要包括型综合与尺寸综合。在机器人研究领域，机械手机构设计是一项很总要的工作，机械手机构形式和结构尺寸决定了机械手的操作特性和末端执行器的姿态。 果实收获机械手设计一方面要考虑机器人本身价格和使用者经验及教育水平，另一方面要
考虑工作对象的生物学特性。对于机械手平面构型，几何要求是其重要的设计依据，即必须根据作业要求的没感位姿图选择一种合适的机型，并且使其具有相当数量的自由度和结构尺寸。收获机器手作为空间开式链机构，设计的关键是根据实际作业对象特性和工作方式来选择机械手结构尺寸，使其满足一定的性能要求，如工作空间、奇异性、逆运动学存在解析解以及作业的负荷要求、精度要求、速度要求、环境要求、同时要考虑抓取运动流行和末端执行装置的形式，以满足姿态要求，降低机械手作业过程中的掉果率、损伤率、分离率，以提高品质特性。
型综合实在确定机械手结构参数之前，根据作业要求确定机械手机构的自由度、组成形式、关节数目和配置方式。型综合有位置和姿态两方面要求。决定目标的具体位置的自由度可以是转动关节，也可以是移动关节，决定姿态的自由度必须是转动关节，通常实现该位姿的关节有多种配置形式，但要满足仿生要求并使结构配置简单。
在机构设计中，机械手机构型综合涉及面广，是总体设计的关键，但目前还不能借助于数学或数值等有效解法来解决。根据可达工作空间设计图标进行两个或三个杆件机械手型综合，利用可达工作空间内工作点建立机构综合程序，进而扩展到其他类型机构的设计。将
机械手分为位置结构和姿态结构两部分，分析结构参数和运动参数对位姿的影响，得到设计机械手的封闭方程，并提出几种设计优化后的机构，可直接用于其他机械手设计与选型。根据实践经验，归纳出简明的规范程式，采用逐级筛选法进行机构设计，同时，机构选型还依赖于设计者的经验，直觉以及对仿真结构进行类比。
番茄收获机械手型综合，首先要结合番茄的生物学特性、工作以及其工作特点，分析个类型机构的特性，寻满足作业要求的多种机械手机构，，然后对所选机构进行性能比较。
机械手通常是由一系列连杆和相应运动副组成的空间开式链，由于作业环境的复杂性、不确定性和果实分布的随机性，收获机械手的选型既要遵循工业机械手的基本原则，又要考虑其工作特殊性，归纳番茄收获机械手的选型原则为：
.基于植物生物学特性、果实物理特性及仿生学理论等，选择模拟人手臂特性的机械手，使其满足作业要求并具有良好的仿生性能。
．具有最优的工作空间
3.具有较好的避障功能
4.机构设计合理
5.消除空间的奇异位形采用尽量少的自由度
手腕机构形式
机械手末端是手腕，其作用是对机械手，末端已定位的物体进行位置补偿的同时，取得一定的姿态。人工采摘蘑菇是，手抓住番茄果实后，在番茄茎梗节处将其扭断。基于这种原理，番茄收获机械手进行采摘作业时，末端执行机构模拟人手动作，首先抓住果实，然后完成果实与花梗分离，此过程需要手腕绕两个轴回转来实现。实现该动作的手腕有两种：
超滤膜壳手臂机构形式
机械手臂主要用来决定末端执行器的位置，对物体的姿态也有一定影响。通常由前三个杆件和关节组成手臂。从机构学的观点来看，由转动副和移动副构成的手臂有很多种。可作为番茄收获机械手的机构有：
手腕手臂组合后有多种形式：
水平潜流人工湿地其中类型1,2,3为非冗余机械手，类型4,5,6为冗余度机械手。
对类型4,5,6三种机械手的研究表明，类型四总做空间、可操作度、灵活性、避障等功能指标方面性能优越。所以，选择4机械手结构形式。管形母线
对于番茄自动采摘机器人的其他部分本文不做介绍。
参考文献
《机器人技术基础》 孟庆鑫、王晓东主编 哈尔滨工业大学出版社 2006年9月
《机器人学》 宋伟刚主编 科学出版社 2007年10月
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