1、应用场景

果园自动化采摘系统能够提高农业生产效率，该系统主要应用于果园或农田，尤其是在苹果种植园。其主要目标是实现水果的自动采摘，以解决人力不足、降低采摘成本等实际问题。自动采摘系统的应用场景主要包括果树密集的果园，通过移动抓取式的机械臂，能够高效地在果树之间穿梭并采摘成熟的苹果。这种系统可以在果季高峰期解决人工采摘人力不足的问题，同时确保水果及时采摘，减少损失。

然而，实现这一技术解决方案也面临一些挑战。首先，系统需要先进的感知技术，以确保准确地检测水果的位置和成熟度。其次，机械设计需要考虑到不同果树的形状和高度，以确保机械臂能够灵活地操作并完成采摘。此外，智能决策算法也是关键，系统需要能够根据感知数据智能地选择采摘顺序，避免损伤果树。总体而言，移动抓取式苹果自动采摘系统在提高果园生产效率、解决人力不足等问题上具有潜在的应用前景，但在感知技术、机械设计和算法等方面仍需不断创新和改进。

过去的苹果采摘系统存在一个显著的限制，即缺乏自主移动能力且采用自由度较低的采摘机构。然而，在我国，存在着大量未经过高度整形的果园，其中果树形态各异。将传统的苹果采摘系统引入这些果园，由于采摘机构无法适应不同形态的果树，将导致采摘效率急剧下降，甚至可能无法完成采摘任务。为解决这一问题，团队研发了一套先进的移动抓取式苹果自动采摘系统。该系统设计了七轴轻量化机械臂，具备较大的工作空间，以适应各种形态的果树。不仅如此，该系统还具备自主移动能力，能够在无人操纵的情况下自主建图并在果园环境中移动。这一技术创新使得系统能够高效而灵活地应对不同果树的采摘需求，提高采摘效率，确保果园的正常运作。

2、技术优势

移动抓取式苹果自动采摘系统采用了先进的识别和定位技术，具备出色的性能指标。基于RGB-D相机和深度神经网络的苹果果实识别方案实现了惊人的准确率，达到了97%；而识别速度高达30fps，每次识别的时间仅为人类眨眼时间的十分之一。采摘机构采用了七轴轻量化机械臂，其工作空间在径向方向上可达半径2m，最大高度可达3.5m，与最高的果树形态——高纺锤形果树的高度相匹配。

系统的移动底盘采用基于激光的即时定位与地图构建方案，具备出色的感知和导航能力。单次探测距离达到180-200m，系统能够迅速获取各类果园的整体三维地图并规划运动路径，实现自主移动。最大运动速度高达1.5m/s，且支持原地转向。这些先进的技术和性能指标共同确保了我们的自动采摘系统在实际果园应用中能够高效、精准地完成采摘任务。

3、关键问题

由燕山大学李艳文教授团队自主研制的移动抓取式苹果自动采摘系统经过一系列深入的研究和开发工作，包括视觉系统构建、标定、基于多特征融合的苹果识别与定位研究、实时建图定位及轨迹规划研究、样机制造调试以及实验验证等多个关键环节，形成了全流程的研究体系。

在采摘机构的设计中，考虑到果树形态各异且需要适应移动平台，团队重新构思了采摘机构的设计，并开发了大折展率的一整套采摘机构和控制系统。这一新型构型满足了采摘机构在保持轻量化的同时，能够灵活适应各种果树的形态的高度挑战性要求。另外，移动平台的自主移动是整个系统的关键特性之一。为满足对高精度实时建图定位和快速轨迹规划的苛刻要求，研究团队重新设计了整体控制策略，成功地应对了市场上现有相关产品无法满足的技术难题。通过这一创新性工作，移动抓取式苹果自动采摘系统在性能和可操作性上都取得了显著的突破。