果蔬采摘機器人機械臂研究現(xiàn)狀與展望*

張文翔，張兵園，貢宇，任妮

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息中心，南京市，210014)

0 引言

果蔬采摘是一個需要使用大量勞動力的環(huán)節(jié)[1]。隨著我國人口老齡化的加劇以及青壯勞動力往城市工廠聚集，導(dǎo)致勞動力成本日益提高，傳統(tǒng)的完全依靠人工的果蔬采摘方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要。因此實現(xiàn)果蔬采摘的自動化和智能化將是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[2]。

自從美國學(xué)者Schertz等[3]于1968年提出將機器人用于果蔬采摘后，各國投入了大量研究人員到采摘機器人的研究中。其中，日本、美國、西班牙和荷蘭等發(fā)達國家位于農(nóng)業(yè)機器人研究的前列，且已經(jīng)研究出針對不同果蔬的采摘機器人原型機；我國對于農(nóng)業(yè)采摘機器人的研究起步較晚，但是近些年發(fā)展十分迅速，也取得了豐碩的成果[4-5]。

采摘機器人機械臂的選取直接影響果實采摘的作業(yè)效率和成功率。而機械臂的自由度是影響末端執(zhí)行器可達空間以及采摘靈活度的重要因素。本文按照機械臂自由度的類型歸納整理了國內(nèi)外農(nóng)業(yè)采摘機器人的機械臂研究現(xiàn)狀，并對未來的研究重點進行了展望。

1 國內(nèi)外采摘機械臂的研究進展

1.1 三自由度采摘機械臂

1.1.1 國外三自由度采摘機械臂研究成果

日本岡山大學(xué)農(nóng)學(xué)部的Kondo等[6]針對溫室高壟內(nèi)培的草莓設(shè)計了三自由度直角坐標(biāo)機械臂。該機械臂X軸和Y軸的運動通過串行接口和驅(qū)動器進行控制，定位精度為0.01 mm；Z軸通過并行接口利用減速器、直流電動機以及齒輪的配合實現(xiàn)直線運動，定位精度為0.6 mm。

日本神奈川工科大學(xué)的Takahashi等[7]為了方便老年人采摘自家果園中的番茄設(shè)計了一種三維運動機械臂。該機械臂可在三個正交方向上移動，其中X、Y、Z方向的運動行程分別約為0.4 m、1.6 m和0.8 m，采用直流電機驅(qū)動。

科威特的Taqi等[8]為家庭和溫室設(shè)計了一種采摘小番茄的三自由度機械臂。機械臂上有兩個連桿齒輪，用于控制左右和上下運動，齒輪由鋁制成，前后運動通過線性制動器伺服馬達控制，線性制動器伺服馬達固定在內(nèi)螺紋上，進而與垂直齒輪固定在一起。

日本農(nóng)業(yè)機械研究所的Hayashi等[9]為高架基質(zhì)床栽培的草莓采摘設(shè)計了一種三自由度圓柱型機械臂。機械臂通過旋轉(zhuǎn)制動器旋轉(zhuǎn)，使其面向兩側(cè)；使用線性制動器垂直移動和水平移動。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器以懸掛方式安裝，以在末端執(zhí)行器下方留出空間。

新西蘭的Williams等[10]針對涼棚式種植的獼猴桃研制了一種三自由度旋轉(zhuǎn)機械臂。機械臂由3個旋轉(zhuǎn)軸組成：軸1繞垂直軸旋轉(zhuǎn)；軸2限制在垂直方向旋轉(zhuǎn)；軸3限制在水平方向旋轉(zhuǎn)，通過四連桿機構(gòu)從臂的底部驅(qū)動，第二個四連桿機構(gòu)用于保持前臂部分垂直。機械臂由鋁板制成，通過工業(yè)伺服電機配合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)伺服控制器進行控制。

1.1.2 國內(nèi)三自由度采摘機械臂研究成果

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的陳利兵[11]設(shè)計了一種三自由度直角坐標(biāo)機械臂用于草莓采摘。機械臂的直線運動采用伺服電機驅(qū)動直線導(dǎo)軌來實現(xiàn)。其中，X軸為滾珠絲杠導(dǎo)軌，位置重復(fù)精度為±0.02 mm；Y軸為齒形帶導(dǎo)軌，位置重復(fù)精度為±0.05 mm；Z軸采用自行設(shè)計的絲杠傳動直線導(dǎo)軌。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的張杰等[12]設(shè)計了一種三自由度機械臂用于蘋果采摘。機械臂旋轉(zhuǎn)軸由一個伺服電機通過減速機帶動整個機械本體進行旋轉(zhuǎn)；水平軸采用一個伺服電機通過行星減速機帶動齒輪齒條而運動；垂直軸由一個伺服電機通過同步帶輪帶動滾珠絲桿的運行而運動。

1.2 四自由度采摘機械臂

1.2.1 國外四自由度采摘機械臂研究成果

日本的Kondo等[13]設(shè)計了四自由度番茄采摘機器人，機械臂采用RH-6SH5520型工業(yè)機器人。該機械臂在水平面上的操作空間的半徑為550 mm，高度為200 mm，最大速度為1 000 mm/s，最大承重6 kg。

日本大阪府立大學(xué)的Tanigaki等[14]研制了一種四自由度鉸接式機械臂用于櫻桃采摘。機械臂上下橫移的軸使用交流伺服馬達和螺桿機構(gòu)驅(qū)動；第一和第二個左右轉(zhuǎn)動軸由小型交流伺服電機和諧波減速齒輪驅(qū)動；第三個左右轉(zhuǎn)動軸由一個帶減速齒輪的小型直流電機驅(qū)動。

韓國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)院的Han等[15]研制了一種用于收獲臺式培養(yǎng)草莓的四自由度機械臂。該機械臂在笛卡爾式連桿結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，額外設(shè)計了一個轉(zhuǎn)動軸，使得采摘機器人可以兩邊工作，提升了采摘效率。

1.2.2 國內(nèi)四自由度采摘機械臂研究成果

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的周舟等[16-17]針對番茄的特點及其植株的生長分布，設(shè)計了具有平行結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)的四自由度機械臂。第一個關(guān)節(jié)用于機械臂自身的旋轉(zhuǎn)；第二個關(guān)節(jié)為可以生成兩個方向運動的平行連桿機構(gòu)；第三個關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié), 該關(guān)節(jié)實現(xiàn)末端執(zhí)行器的伸縮運動；第四個關(guān)節(jié)用于旋轉(zhuǎn)手腕。

西北農(nóng)林科技大學(xué)的Cui[18]和日本研究人員合作設(shè)計了一種笛卡爾型四自由度草莓采摘機器人。機械臂采摘安裝在鋁制矩形框架中，采摘運動由三個互相垂直的直線運動以及一個旋轉(zhuǎn)運動復(fù)合而成。

桂林電子科技大學(xué)的伍錫如等[19]研制了一款采摘蘋果的四自由度柔性機械臂。為了提高機械臂的運動軌跡精度和采摘成功率，選擇電機、諧波減速器以及編碼器的組合來精確控制機械臂的運動。

江蘇大學(xué)的杜金財?shù)柔槍h架式栽培的葡萄，設(shè)計了一種基于中空走線的關(guān)節(jié)型四自由度機械臂。機械臂采用雙連桿薄壁結(jié)構(gòu)，一側(cè)驅(qū)動，另一側(cè)走線，并對每個關(guān)節(jié)進行穿線孔設(shè)計，電機電源線與數(shù)據(jù)線及末端執(zhí)行器電機和傳感器的電源線與數(shù)據(jù)線均從中心穿線孔穿過。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的宋健等[20]根據(jù)茄子生長的空間分布，開發(fā)了四自由度關(guān)節(jié)式采摘機械臂。腰關(guān)節(jié)、小臂和腕部均采用交流伺服電動機串接諧波減速器結(jié)合齒輪機構(gòu)的傳動方式；肩關(guān)節(jié)采用齒輪和蝸輪蝸桿二級減速機構(gòu)，由交流伺服電動機驅(qū)動。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的張凱良等[21]設(shè)計了一款針對高架栽培模式的草莓采摘機械臂。直動關(guān)節(jié)驅(qū)動電機搭配增量式編碼器，實現(xiàn)X、Y、Z方向的精確平動；旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動電機搭配絕對式編碼器，帶動絲杠導(dǎo)軌連同末端執(zhí)行器一同在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

浙江大學(xué)的王燕等[22]研制了四自由度的關(guān)節(jié)型果蔬采摘機械臂。關(guān)節(jié)運動采用直流力矩電動機串接諧波減速器的傳動方式。底座及各連桿設(shè)計為薄壁結(jié)構(gòu), 在保證剛度和強度的前提下, 底座和各關(guān)節(jié)均采用鋁合金材料, 而各連桿則選用輕質(zhì)高強的碳纖維管。

1.3 五自由度采摘機械臂

1.3.1 國外五自由度采摘機械臂研究成果

日本岡山大學(xué)農(nóng)學(xué)部的Monta等[23]針對棚架栽培模式的葡萄，開發(fā)了一種五自由度機械臂。該機械臂具有腰部、肩部和腕部的四個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，還有一個移動關(guān)節(jié)，以便通過簡單的控制方法實現(xiàn)機械手的高速工作。

日本愛媛大學(xué)農(nóng)學(xué)部的Arima等[24]針對高架臺式栽培的草莓開發(fā)了一種五自由度機械臂。由于機器人在栽培床下進行采摘作業(yè)，因而機械臂末端連桿設(shè)計成一個U型結(jié)構(gòu)。

1.3.2 國內(nèi)五自由度采摘機械臂研究成果

江蘇大學(xué)的趙德安等[25-26]研制一種果樹采摘機械臂。第一個自由度為升降自由度，主要起抬升機械臂的作用；中間三個自由度為旋轉(zhuǎn)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)末端操作器在工作空間中轉(zhuǎn)向任意方向；第五個自由度為棱柱關(guān)節(jié)，將末端操作器送到目標(biāo)果實的位置。機械臂運動采用交流伺服系統(tǒng)進行控制。

臺灣宜蘭大學(xué)的Chiu等[27]開發(fā)了一個溫室番茄采摘機器人。其中機械臂為三菱RV-M1，它是一個五自由度的垂直關(guān)節(jié)機器人手臂，由上臂、前臂和腕節(jié)組成，長度分別為250 mm、160 mm和72 mm。

江蘇省物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)重點建設(shè)實驗室的馮鮮等[28]設(shè)計了一種關(guān)節(jié)型五自由度水蜜桃采摘機械臂。機械臂運動分為腰部轉(zhuǎn)動、大臂搖擺、小臂二次搖擺、腕部俯仰及旋轉(zhuǎn)，各關(guān)節(jié)運動采用伺服電機控制。

1.4 六自由度采摘機械臂

1.4.1 國外六自由度采摘機械臂研究成果

日本立命館大學(xué)的Onishi等[29]設(shè)計了一個自動化水果采摘機器人，其機械臂采用UR3型機器人。這種緊湊型協(xié)作式機器人重量只有11 kg，但有效載荷可達3 kg，所有手腕關(guān)節(jié)均可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，末端關(guān)節(jié)可無限旋轉(zhuǎn)。

以色列本·古里安大學(xué)的Arad等[30]開發(fā)了用于溫室大棚采摘甜椒的機器人，采用六自由度Fanuc LR Mate 200iD型工業(yè)機械臂。該機械臂具有近似于人手臂的大小和觸及范圍，作業(yè)半徑可達717 mm，最大承載量可達7 kg。

菲律賓德拉薩大學(xué)的Almendral等[31]研制了一種采摘橙色水果的自動收獲機器人，采用六自由度機械臂[32]，六個關(guān)節(jié)分別是底座旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕部上下轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、腕部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器關(guān)節(jié)。機械臂運動通過Arduino微控制器控制伺服電機驅(qū)動。

1.4.2 國內(nèi)六自由度采摘機械臂研究成果

國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心的馮青春等針對高架栽培草莓設(shè)計了自動采摘機器人。該機器人使用小型關(guān)節(jié)型六自由度機械臂，其最大運動半徑為650 mm，最大有效載荷5 kg，點位往復(fù)運動時間最快0.4 s，重復(fù)定位精度±0.02 mm，滿足了狹小空間作業(yè)要求。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的顧寶興等[33]設(shè)計了一種智能移動水果采摘機器人。選用日本的MOTOMAN-SSF2000型工業(yè)機器人作為采摘機械臂。采摘機械臂額定負載6 kg，重復(fù)精度±0.03 mm，采摘半徑為1 378 mm，垂直伸展高度為2 403 mm，機械臂底座距離地面高度為1 200 mm。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的寧志超等設(shè)計了一種六自由度采摘機械臂。機械臂的設(shè)計采用模塊化的方法，由鋁制合金結(jié)構(gòu)支架和底座組合而成。各關(guān)節(jié)運動通過伺服電機控制。

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院的趙玲亞等[34]設(shè)計了關(guān)節(jié)串聯(lián)的空間開鏈機構(gòu)的六自由度采摘機械臂。采摘時通過液壓馬達驅(qū)動舉升液壓缸、伸縮臂以及腕部的翻轉(zhuǎn)液壓缸來調(diào)整末端執(zhí)行器的采摘姿態(tài)和弧形手抓的開合角度，以達到對不同生長環(huán)境下圓形水果的采摘。

天津農(nóng)學(xué)院的鄭爽爽等[35]為蘋果采摘機器人設(shè)計了一種六自由度關(guān)節(jié)型機械臂。底座通過舵機帶動傳動系統(tǒng)實現(xiàn)各個部分之間的相對轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)，其中的各個轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)均是通過電機驅(qū)動螺旋絲桿來實現(xiàn)。

1.5 其他類型采摘機械臂

1.5.1 國外其他類型采摘機械臂研究成果

比利時林堡天主教大學(xué)學(xué)院的Baeten等[36]設(shè)計了一種蘋果采摘機器人，選擇松下VR006L型機械臂作為采摘機械臂，為了擴大機械臂的作業(yè)范圍，增加了第七個外部垂直軸。

美國華盛頓州立大學(xué)的Silwal等[37]針對V型格種植的蘋果研制了七自由度冗余機械臂。機械臂采用模塊化設(shè)計，選擇Dynamixel Pro執(zhí)行器作為全旋轉(zhuǎn)臂，兩個連桿框架由鋁板制成，旋轉(zhuǎn)機械臂固定在一個基座上，基座安裝在線性導(dǎo)軌上，基座的執(zhí)行器是雙極步進電機。

澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的Lehnert等[38]為在平面格狀結(jié)構(gòu)中種植的甜椒開發(fā)了新型采摘機器人。機器人采用UR5型機械臂，該機械臂最大工作半徑850 mm，最大有效載荷5 kg。為了增加作業(yè)范圍，機械臂安裝在一個柱形提升關(guān)節(jié)上。

荷蘭農(nóng)業(yè)與環(huán)境工程研究所的Henten等[39]設(shè)計了一種用于溫室采摘黃瓜的機器人。為了增加采摘速度和避免碰撞，機械臂采用三菱RV-E2型機械臂結(jié)合線性滑道的七自由度設(shè)計方案。RV-E2型機械臂由直流電動機和伺服控制器結(jié)合絕對編碼器驅(qū)動，線性滑道由直流電動機和伺服控制器結(jié)合增量解碼器驅(qū)動，機械臂的總體穩(wěn)態(tài)精度為±0.2×10-3m。

日本岡山大學(xué)農(nóng)學(xué)部的Kondo等[40]根據(jù)番茄的物理特性和生長環(huán)境，研制了一個由兩個移動關(guān)節(jié)和五個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成的七自由度冗余機械臂。上臂和前臂長度分別為250mm和200 mm，移動關(guān)節(jié)的行程分別為200 mm(水平方向)和300 mm(垂直方向)。

比利時魯汶大學(xué)的Nguyen等[41]開發(fā)了一種蘋果采摘機器人，該機器人采用九自由度冗余模塊化多功能農(nóng)業(yè)采摘機械臂[42]。關(guān)節(jié)q1用于舉起整個機械臂，以便采摘高處果實；關(guān)節(jié)q2使機械臂相對于采摘方向向兩側(cè)移動；關(guān)節(jié)q3～q5使機械臂向前和向后移動，從而可以到達更深的樹冠內(nèi)部并進行避障；關(guān)節(jié)q6～q8可在與目標(biāo)的近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)高靈活性；關(guān)節(jié)q9將末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)至正確的抓握方向。各關(guān)節(jié)采用電機配合高減速器驅(qū)動。

1.5.2 國內(nèi)其他類型采摘機械臂研究成果

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的王韌[43]開發(fā)了一種用于果蔬采摘的冗余七自由度串聯(lián)關(guān)節(jié)型機械臂?；且粋€鋁制的整體的鑄件，立柱為薄壁鋁管制成；大臂由內(nèi)部鋁制的整體鑄件骨架與外表面很薄的鋁板殼相互膠接而成。驅(qū)動裝置選擇直流伺服電機作為主要關(guān)節(jié)的驅(qū)動器，而小臂伸縮裝置選擇兩級伸縮雙作用液壓缸作為驅(qū)動器。

上海交通大學(xué)的Zhao等[44]設(shè)計了一種用于溫室的模塊化雙臂番茄收獲機器人。該機器人有2個三自由度的機械臂，每個機械臂具有1個移動關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以保證適當(dāng)?shù)墓ぷ骺臻g。兩個機械臂安裝有不同的末端執(zhí)行器，一個用于抓握番茄，另一個用于切割番茄莖部，通過兩個機械臂的配合完成番茄采摘工作。

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)國家重點實驗室的劉小寬等[45]設(shè)計出了高效靈活的枸杞智能采摘雙臂機器人。夾持機械臂設(shè)計為四自由度：分別為腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。采摘機械臂設(shè)計為六自由度：肩部為球關(guān)節(jié)，具有3個自由度；肘部為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具有1個自由度；腕部為正交關(guān)節(jié)，具有2個自由度。最終通過兩個機械臂的配合完成枸杞采摘工作。

1.6 小結(jié)

經(jīng)過數(shù)十年的技術(shù)沉淀，果蔬采摘機器人的研究取得了長足的發(fā)展。國內(nèi)外研究學(xué)者針對不同栽培模式的果蔬，研究出了很多不同類型的采摘機器人。但是，無論國內(nèi)還是國外，采摘機器人基本還是處在實驗室階段，真正讓其走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化階段，還有很長的一段路要走。

針對不同作物栽培模式以及各作物的生長習(xí)性，國內(nèi)外在采摘機械臂的研究方向上趨于一致。對于壟式栽培的地表作物，國內(nèi)外一般采用笛卡爾機械臂進行采摘作業(yè)；對于低矮以及遮擋較少的果實，國內(nèi)外一般采用商業(yè)應(yīng)用成熟的關(guān)節(jié)型機械臂進行采摘作業(yè)；對于高大冠層以及果實遮擋嚴(yán)重的作物，國內(nèi)外一般采用關(guān)節(jié)型加移動型的高自由度組合型機械臂或者多臂協(xié)同進行采摘作業(yè)。

對于采摘機械臂的研究，國外的研究起步較早，由于當(dāng)時的機械制造以及電子技術(shù)的發(fā)展制約，商業(yè)化的機械臂還未成熟，因而采摘機械臂大多采用自行設(shè)計加工的方式，隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化、定制化的機械臂逐步成為采摘機械臂的首選。國內(nèi)采摘機械臂的研究起步較晚，但是正好趕上了機械臂技術(shù)的快速發(fā)展期，機械臂的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，因而采摘機械臂基本上采用技術(shù)成熟的機械臂。

不同自由度的采摘機械臂存在著各自的特性。通過對各自由度采摘機械臂研究現(xiàn)狀的總結(jié)與分析，總結(jié)了各自由度采摘機械臂的優(yōu)缺點以及適用范圍，如表1所示。

表1 不同自由度采摘機械臂的優(yōu)缺點以及適用范圍Tab. 1 Advantages and disadvantages of picking robotic arms with different degrees of freedom and the scope of application

2 存在問題

1) 與農(nóng)藝結(jié)合不緊密。采摘機械臂進行自由度和構(gòu)型的確定時需要考慮到作物莖稈和葉子的遮擋等問題，由于在農(nóng)事操作上的差異性，導(dǎo)致就算對于相同栽培模式下同一果蔬，研究學(xué)者們在采摘機械臂構(gòu)型的選擇上更多的根據(jù)自身主觀認識來確定，缺少一定的客觀標(biāo)準(zhǔn)作為參考，最終使得針對相同栽培模式下同一果蔬的采摘機械臂出現(xiàn)多種自由度和構(gòu)型方案，分散了相關(guān)研究的人力和物力。

2) 剛性本體難適應(yīng)采摘環(huán)境。采摘機械臂工作在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，需要機械臂有更好的靈活性和較高的安全性。當(dāng)前采摘機械臂基本上采用金屬制的剛性機械臂，普遍存在靈活性受限、質(zhì)量大、驅(qū)動復(fù)雜以及制造成本較高等缺點，同時使用工業(yè)機械臂需要在較高的安全防護等級下進行工作，而在采摘環(huán)境下難以實現(xiàn)，使得采摘作業(yè)的危險性增加。

3) 關(guān)節(jié)驅(qū)動方式單一。常用的機械臂驅(qū)動方式有步進電機、交流伺服電機、液壓伺服電機和直流伺服電機四種，這四種驅(qū)動方式在成本、控制精度和穩(wěn)定性等方面存在著各自的優(yōu)缺點。在采摘機械臂的研究中，往往會為所有關(guān)節(jié)選擇相同的驅(qū)動方式，導(dǎo)致不同功能的關(guān)節(jié)不能使用各自的最優(yōu)驅(qū)動方式，影響采摘效率和成功率。

3 展望

3.1 加強采摘機械臂與農(nóng)藝的融合

對于相同栽培模式下同一果蔬，形成采摘機械臂自由度和構(gòu)型選擇的標(biāo)準(zhǔn)化是未來加快采摘機器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究的重要一步，而其中的關(guān)鍵是農(nóng)事操作上的標(biāo)準(zhǔn)化。通過剪枝打杈等一系列標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)事操作，可以減少很多采摘機械臂自由度和構(gòu)型選擇時所要考慮的果實遮擋等問題，使得自由度和構(gòu)型選擇上趨于一致，進而形成一定的標(biāo)準(zhǔn)化方案，讓研究人員可以集中資源進行產(chǎn)業(yè)化研究。

3.2 推進采摘機械臂本體的柔性設(shè)計研究

隨著材料和控制等學(xué)科的快速發(fā)展，出現(xiàn)了靈活度高，結(jié)構(gòu)簡單，自適應(yīng)度高，驅(qū)動和控制單元簡潔單一，制造成本相對較低，控制模型便攜的柔性設(shè)計的機械臂[46-47]。由于柔性機械臂存在的諸多優(yōu)點，在以后的采摘機器人研究中采用柔性設(shè)計機械臂將會提高采摘機器人對采摘環(huán)境的適應(yīng)程度。

3.3 創(chuàng)新采摘機械臂驅(qū)動方式的組合使用

采摘機械臂每個關(guān)節(jié)有著各自的特殊作用，比如直動關(guān)節(jié)用于機械臂整體升降或者伸縮，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用于局部調(diào)整姿態(tài)，對于不同的關(guān)節(jié)功能，驅(qū)動方式有著各自的最優(yōu)選擇。采用最優(yōu)驅(qū)動方式的組合使用完成采摘機械臂的運動控制，可以提高采摘機器人的采摘效率和成功率。