31、果园管理中的自主机器人：现状与未来趋势

果园管理中的自主机器人：现状与未来趋势

一、引言

水果种植是园艺的关键子领域，对人类营养至关重要。2020 年全球水果产量约 8.87 亿吨，其中树果（如苹果、葡萄、橙子等）占比达 50%。果园水果生产竞争激烈，果农们正寻求更高效的方法来精确、自动地管理果园作业。

当前，劳动力短缺、成本上升以及依赖季节性人工劳动力的风险，促使人们关注自动化机器和机器人在果园作业中的应用，这对提高高价值水果作物的品质至关重要。过去几十年，随着高科技计算机和高处理能力传感器的发展，田间机器人系统有了显著改进。不过，果园水果生产的一些独特管理操作（如修剪、疏果、整形和采摘）因水果作物与大田作物在种植和形态上的差异而更具挑战性。目前，果园管理仍主要依赖人力，商业上可行的自动化方案较少。

自动化机器人对于果园管理的各项操作至关重要，其关键组件包括视觉系统、移动机制（如自动驾驶车辆）和执行特定任务的特殊机制（如机械手和抓手）。研究人员发现，改变果园架构，使树体结构适应机器人平台，是实现果园自动化最有效和经济的方法，这能减少机械臂的自由度，实现简单、低成本和快速的操作。

二、果园自主机器人的视觉系统

视觉系统是农业机器人及各类工作机器人的重要组成部分，它为机械手和机器人平台的自主运动提供数据。传感器（主要是相机）获取的数据经控制器处理后，驱动执行器完成预定任务。

视觉技术在果园作业中有广泛应用，如分析果树生长、识别病虫害和杂草、施肥、采摘水果、修剪树枝等。为提高准确性，可使用单个或组合相机。2D 和 3D 视觉系统常用于识别物体，其中 3D 图像因包含 x、y、z 坐标，能提供更多细节，在操作机械臂完成任务时更具优势。

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