20世紀90年代，日本采收機器人的研發迎來了第一波高峰，強調采收機器人的工作環境術的結合，收獲機器人的工作環境更加簡單，減少了不必要的干擾。近年來，研發重點關注研究機構和企業之間的合作，但許多收獲機器人的成果并沒有成功商業化。盡管有農業協會、政府補貼、銀行低息貸款等輔助措施，但農民購買和使用收獲機器人的意愿仍然相對較低。隨著田間無人農場的應用，設施農業無人農場已成為一個重要的研發方向。縱觀日本設施農業收獲機器人的發展，對中國相關科研和產業發展的啟發如下。

40多年后，日本開發了各種典型水果和蔬菜的農業收獲機器人。典型收獲機器人在設計和開發過程中遇到的科學問題及其解決方案主要集中在以下兩個方面。

(1)水果和蔬菜的識別。由于視覺系統需要判斷收獲點，但莖、葉和非目標水果和蔬菜會干擾收獲目標的收獲和切割點。目前的解決方案是坡架種植模式，即通過農業機械和農業技術的結合來簡化收獲機器人的工作環境。目前，限制收獲成功率的主要因素是水果和蔬菜的重疊。以草莓收獲機器人為例，農業機械和農業藝術的結合可以通過疏花和水果，或者通過化學藥物控制莖的長度，使成熟草莓與未成熟草莓在垂直空間中分離。在視覺算法方面，草莓可以通過深度卷積神經網絡識別，也可以通過深度卷積神經網絡識別RGBD相機提供的點云圖等技術重建果蔬空間信息，正確判斷采收切割點。

(2)終端執行機構。在果蔬收獲過程中，終端執行機構的剛性部件可能會損害果蔬脆弱的表皮。因此，終端執行機構的設計需要考慮特定果蔬的形狀和重量參數，并在考慮通用性的基礎上設計靈活的終端執行機構。目前，解決這個問題的方法有很多。除了上述番茄收獲機器人使用的終端執行機構外，還可以使用軟件機械手、壓力傳感器、仿生技術設計仿生機械手等。

日本設施農業收獲機器人的發展，對中國智慧農業的啟發和研究

(1)加強政府支持，建設標準化溫室和收集機器人運行示范溫室。建立健全收集機器人等設施農業智能設備的財政補貼，將收集機器人納入農業機械采購補貼。鼓勵銀行為設施農業智能設備提供低息貸款。日本相對標準化的設施農業面積為50個m×10m，通過在壟間設置軌道，不同的智能設備可以在軌道上行走和工作。標準化溫室的建立可以使開發的收獲機器人在不同的溫室之間工作，標準化溫室有助于降低成本。在標準化溫室的基礎上，建立收集機器人示范項目，通過將研發機器人引入實際溫室運行條件，提高收集機器人的性能，促進收集機器人的發展。

(2)對科學問題的關鍵技術進行科學研究。根據我國設施農業發展現狀，制定設施農業采收機器人發展規劃，確定主要方向和科研重點，堅持農業機械與農業技術相結合，鼓勵企業與科研機構共同申報科技研究，促進產業化發展。促進溫室定位導航系統的發展“室內GPS”作為標準化溫室的基礎設施之一。科研人員可以將先進的理念和技術與企業的產品化技術相結合，推出符合農民需求的設施農業采收設備。在資金支持、科技成果轉化和知識產權保護等方面給予科研人員相應的支持。

(3)加強人才培養。優化人才培養機制，促進設施農業智能設備研發等相關人才的培養和儲備，促進多學科交叉復合人才的發展和建設“設施農業工程”學科小組及相關綜合實驗室。建立國際交流平臺，促進不同國家智能收集設備研究人員的交流。通過模擬場景和實際溫室作業，舉辦收集機器人競賽，促進學生對農業機器人的興趣。

(4)創新銷售模式，鼓勵合作社的發展。鼓勵企業租賃采購，根據果蔬收貨量確定機器人收費，降低機器人一次性投資成本。促進合作社發展，鼓勵合作社利用設施農業采收機器人，提高運行效率，節約勞動力成本。