开放式近地面蔬收获机器人及其关键技术研究可行性研究报告_(编辑修改稿)

开放式近地面蔬收获机器人及其关键技术研究可行性研究报告_(编辑修改稿)内容摘要：

我国果蔬栽培历史悠久，传统栽培管理技术对发展我国果蔬生产起到了基础保证作用。 随着现代高新技术在果蔬生产上的应用，如运用细胞生物学技术实现快速、优质、脱毒育苗，果蔬营养研究，测土配方施肥，果蔬化学控制以及反光地膜增色，果蔬修剪和果实套袋等先进栽培管理技术的推广，对我国果蔬质量的 提高起到了重要的促进作用。 但由于我国果蔬生产尚处于分散栽培的小农经济阶段，存在着农民技术素质差，农业设备机械化水平较低，设施管理方法落后，果蔬结构不合理，病虫害防治不力等问题，都给我国果蔬生产带来诸多亟待解决的问题。 自上世纪末期我国设施蔬菜面积位居世界各国首位以来，近年来又取得了飞跃的发展， 2020年以蔬菜 为主体的设施栽培面积已达 698万公顷，比 1999年的 139万公顷增减了 5倍多，温室面积是欧洲、南美洲、东亚、美国总和的 8倍多，其中塑料温室面积是上述地区和国家总和的 11倍多。 此外，我国还是果品生产大国，物种资源丰富，果品品种达 50多种，是世界果树起源最早、种类最多的原产地，堪称“世界园林之母”。 果品是世界农业经济的重要组成部分和人类生存必须的蛋白质、维生素等重要营养来源，也是食品工业的重要基础原料。 近年来国家放开果品购销价格实行多渠道经营，极大地调动了果农的生产积极性。 果品生产超速发展，目前我国果品总产量已 跃居世界第一，产值仅次于我国粮食和蔬菜。 我国设施园艺（果蔬）面积已长期稳居世界第一，已成为真正的园艺大国。 但我国果蔬生产的现状是“大而不强”，如我国中低产果园比例较大，据联合国粮农组织统计，我国水果平均每公顷单产 7905kg，而美国为 31232kg，巴西为 34923kg，世界平均单产 9518kg。 目前我国苹果每公顷单产为 5501kg，而美国为 25445kg，世界平均水平产量为 8084kg；我国柑橘每公顷单产只有 6248kg，而美国为 27962kg，巴西为 18682kg。 无论与发达国家还是世界平均水平比，我 国水果单产都是很低的。 所以设施园艺的机械化水平和先进的管理方式都将对我国现代化农业产生重要影响。 根据我国果蔬生产现状和市场需求，特别面临着世界果蔬现代化生产的新形势，农业部又制定出了今后 5~10年的果蔬发展总体规划。 果蔬生产指导方针是因地制宜调整布局、优化产品结构、面向国际国内两个市场、加速果蔬的更新换代、发展现代农业生产模式、提高农业设备的机械化等。 所以设施园艺的机械化水平和先进的管理方式都将对我国现代化农业产生重要影响。 农业机器人又是农业现代化中最重要的组成部分，所以农业机器人的发展程度亦代表着农 业现代化的程度。 荷兰、日本、以色列、美国等都是农业现代化较早的国家，其设施设备标准化程度、农业机器人的系列化、农业机器人应用技术、 新型设施材料开发与应用技术、设施综合环境调控及农业机 械化技术等都有较高的水平，对我国发展现代农业生产具有重要的借鉴意义。 尤其是设施内生产管理的机械化与设施环境调控自动化是设施农业生产的重要方面，比如采用开放式农业机器人对农作物进行耕种、除草、喷药、采摘、挑拣等一系列工序，能提高作业的精度和效率、作业者的安全性与舒适性，实现省力化。 因此，我国农业现代化的总体发展目标是：在种植面积不断扩展的同时，机械化水平、设施档次、管理水平、产量和品质等都能有明显提高，争取把我国由农业大国逐渐向农业强国迈进。 ，与项目相关的前期工作情况 本项目 的依托单位为 沈阳工业 大学。 沈阳工业 大学是 辽宁省 的重点大学，学校在 电气工程 ， 机械工程 以及 材料科学与工程 等方面具有相当的技术优势，拥有电机与电气 国家 二 级学科，建有 “ 国家稀土永磁电机工程技术中心 ” 、 “ 教育部特种电机与高压电器 ” 、“教育部稀土永磁应用工程中心”和“科技部镁合金研发中心”四 个国家重点实验室 和研发中心 ， 辽宁省重点实验室、工程中心和工程实验室 10 个。 “ 十一五 ” 以来，科研进款量近 10 亿元，承担各类科研项目3400 余项，科技成果鉴定 97 项，申请专利 994 项，获国家科技进步二等奖1 项，省部级以上科技奖励 114 项 ，被三大检索收录论文 3080 篇。 学校被评为辽宁省知识产权 “ 兴业强企 ” 示范单位。 极端条件下新型永磁电机理论及其应用技术研究团队成功获批 “ 教育部创新团队 ”， 是辽宁省省属院校第二个国家级创新团队； “ 现代电工装备理论与共性技术重点实验室 ” 成功获批辽宁省高校重大科技平台。 科技成果产业化取得长足进展， 2020 年 10月获批国家大学科技园， 2020 年入园企业达 89 家，年生产总值超过 20 亿元。 项目组所属学机械设计及理论为辽宁省一级重点学科， 具有良好的实验研究条件，拥有先进的复杂曲面数控制造技术重点实验室、先进在线检测技术验 室、先进焊接技术及自动化重点实验室等，配备数控编程室、数控电火花成型机、数 控线切割机、三坐标测量机等高性能加工机器和处理实验系统。 这些软硬件实验系统均可用于本项目的基本实验研究。 对于本项目在研究开发过程中所需的其他设备环境，项目组均能根据所需进行设计与购置，完善实验系统，保证研究与开发工作的顺利完成。 项目负责人张禹 ， 沈阳工业 大学 教授， 在职教师。 1994 年获 大连理工大学机械制造工艺及设备 专业 学士 学位， 1999 年获东北大学 机械制造及其自动化 专业 硕士 学位， 2020 年 获中科院沈阳自动化研究所机械电子工程专业博士学 位。 具有丰富的科学研究和项目管理经验，掌握 水下滑翔机器人的驱动及运动机理 的学科发展前沿，近 几 年来，一直在 智能机器人面部表情 、 开放式农业机器人 、 助残 康复机器人 、 医疗机器人、工业弧焊 机器人控制等领域开展研究工作，在 多视觉信息融合技术 、 5 自由度机器人的多关节联动控制、开放式控制系统等 研究中 取得了重要的理论与应用成果，为深入开展本项目的研究奠定了良好基础。 学术研究成果受到国内外同行的广泛关注与好评 并 发表学术论文 12 篇。 张禹教授 主持完成的主要科研项目获奖有 ：“水下滑翔机器人的驱动及运动机理研究” 、 “基于封闭式浮力 驱动系统的自主水下观测平台研制”、“ 变刚度机器人腰部机构理论与实验研究 ”、“ QYLGB11845/2020E 潜油螺杆泵采油系统研制 ” 等，其中 “ QYLGB11845/2020E 潜油螺杆泵采油系统研制 ” 获 中国机械工业联合会科学技术三等奖 、 辽宁省科技进步二等奖。 这些 有利条件 成为项目能够顺利完成的坚实保障。 项目组的人员配备合理，均为工作在科研与开发第一线的骨干教师、技术人员，以及研究生队伍，具有丰富的科研经验和锐意进取的探索精神。 项目申请团队拥有良好的实验研究条件，拥有先进的 复杂曲面数控制造技术重点实验室、先进在线检测技术验室、先进焊接技术及自动化重点实验室等。 这些软硬件实验 室均可用于本项目的基本实验研究。 申请者发表与本项目有关的主要论著目次和获奖情况 申请人主要论著： [1] 张禹 ；李雀屏；杨国哲；苏东海 . 水下滑翔机器人载体外形设计与优化 [J].机械设计与制造 , 2020, 10:148150. [2] 续长明； 张禹 ；许培武 . 基于太阳能的水下机器人的设计 [J].机械制造机器自 动化 , 2020, 40(3): 138140. [3] 张禹。