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一种占地面积最小的草莓采摘工具

MohamedSorour,MohamedHeshmat,KhaledElgeneidyandPålJohanFrom

Abstract—本文提出了一种新型的桌面种植草莓收获原

型，其设计简约，与果实互动。在我们的方法中，一个平滑捕

捉器将茎操纵至精确的凹槽位置，在该位置处一束远距离激光

被聚焦。工具能达到高达摄氏度的温度，并因此杀死细菌

和防止本地植物疾病的传播。烧焦的茎部伤口保持了水分含量，

从而延长了果实的保质期。在成功的室内收获演示中，达到的

循环时间和切割时间分别为秒和秒。进行了广泛的实

验以优化激光点直径和横向速度相对于切割时间。

IndexTerms—水果采摘，草莓收获，农业机器人。

I.介绍

由于手工采摘农作物收集的不可预测性和季节性

特征[1],[2]，竞争行业对劳动力需求的增长[3],[4]，以

本及不断加剧的老龄化农业劳动力人口挑战[5]，对于机

译器人收割解决方案的紧迫性得到了广泛认可和验证。

这种自动化方面的持续缺口导致生活成本增加[6]，原

中因是劳动力获取成本上涨，加上由于延迟收获造成的

农作物损失而引起的农业生产减少。相反，现有的机

1

v器人收获系统显示出大约%[7]的中等成功率，在

4密集的田地条件下这一成功率显著下降，这种限制通

8常与效率低下、笨重的收获工具[8]相关。

7手动”人类”摘草莓者报告的循环时间低至

0

2秒每颗果实，然而这只能维持不超过小时[9]，因此

7.我们相信一个机器人的采摘速度为秒每颗果实，在Fig.1:用于桌面草莓采摘的带传动笛卡尔运动系统。

0生产力方面与人类劳工的效率持平，假设机器人采摘

5器的工作时间为小时（以适应电池充电和常规维期和切割时间分别为秒和秒。激光切割虽然

2护）。文献中开发的选择性收获工具[10]–[17]至少共比机械切割工具慢，但允许设计更加紧凑的工具，由

:享两个特征中的一个：(1)一种机械抓取系统，以及

v于涉及的高温可以消除植物疾病传播，并且需要维护

i(2)一种机械切割工具。这两者都导致了在经常杂乱较少。此外，在本研究中我们进行了广泛的实验以确

x的环境中进行精细任务时，系统过于笨重。非常规切

r定1）激光点运动动态和2）激光点直径对切割时间的

a割方法在文献中较为罕见，其中使用振动刀片来切割

影响。本文组织如下，第二节介绍了采摘系统及其操

甜椒（[18]），以及分别为黄瓜和辣椒设计的热切割装作逻辑。第三节详细描述了优化激光点运动和直径的

置（[19],[20]）。激光束在（[21],[22]）中用于展示切割实验。草莓采摘演示及相关的算法在第四节报告。最

番茄果柄的潜力，并在（[23]–[26]）中用于除草。尽管后结论在第五节中给出。所有实验的视频按出现顺序

采用了非常规切割方法，上述研究中仍使用了笨重的

超链接于后文以方便读者查看。

抓取装置。

在本研究中，作者介绍了一种设计用于与果实及II.系统解剖与操作逻辑

其环境最小化交互的草莓采摘工具原型，如图1所示。

如同先前的工作[27]–[29]，我们采用聚焦激光束进行图2中展示了收获系统的计算机辅助设计（CAD）

远距离切割，并在此使用了一个平滑茎秆捕捉机制，模型，包括前面的图2(a)、侧面的图2(b)和顶