農(nóng)業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)

文/陳景帥

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的發(fā)展越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視，尤其是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用，因?yàn)榘l(fā)展農(nóng)業(yè)是發(fā)展民生之本，在各行各業(yè)逐漸走向現(xiàn)代化的同時(shí)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化和科技化越來越受到廣泛的重視，國(guó)家致力于發(fā)展農(nóng)業(yè)科技，將其應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)農(nóng)業(yè)趨向現(xiàn)代化以及科技化發(fā)展。伴隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，只能機(jī)器人已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，因?yàn)槿菀自斐芍脖坏膿p壞以及環(huán)境污染問題，傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)難以做出有效的應(yīng)對(duì)，為了有效解決這類問題，國(guó)內(nèi)外都在著力研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問題，尤其是在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，從事農(nóng)業(yè)的工作人員較少，勞動(dòng)力較為緊缺，對(duì)于一些高質(zhì)量、高水平的農(nóng)業(yè)機(jī)器人的需求十分迫切，同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠有效地解決并適應(yīng)生物技術(shù)的發(fā)展問題，對(duì)于我國(guó)來說，因?yàn)闄C(jī)械化以及自動(dòng)化程度的發(fā)展不完善，也十分迫切的需要解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用問題。本篇文章主要針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和探討。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述

農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的高新科技，擁有出色的感知能力和決策能力，能夠?qū)崿F(xiàn)一些基礎(chǔ)的判斷和活動(dòng)，并且能夠通過結(jié)合客觀的環(huán)境以及機(jī)器自身的運(yùn)作情況定量并保質(zhì)完成程序中設(shè)定的工作。當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種，一種是利用當(dāng)前現(xiàn)有的機(jī)器人完成具體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，另外一種是研究出專門的機(jī)電系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)具體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，這兩種模式下的機(jī)器人有特定的功能，只能適用于具體的環(huán)境，應(yīng)用范圍受限，對(duì)于系統(tǒng)的發(fā)展以及改進(jìn)而言是不利的，并且一些自然因素導(dǎo)致機(jī)器人的使用頻率不高，也導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。針對(duì)這一問題，世界各國(guó)紛紛開始著手研究能夠開放應(yīng)用于各中環(huán)境的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域探討

農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種以農(nóng)業(yè)產(chǎn)品為具體操作對(duì)象的，擁有具體的感知以及活動(dòng)功能，能夠重復(fù)編程和應(yīng)用的自動(dòng)化或者半自動(dòng)化的設(shè)備，能夠降低人工操作的強(qiáng)度，解決勞動(dòng)力緊缺的問題，能夠提升勞動(dòng)效率和工作質(zhì)量。因此國(guó)內(nèi)外很多國(guó)家都十分注重農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開發(fā)和應(yīng)用，盡管因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)特性和經(jīng)濟(jì)特性，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的適用并沒有常規(guī)化，但是已經(jīng)取得了十分可觀的應(yīng)用實(shí)效。在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要存在以下幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：

2.1 嫁接機(jī)器人

嫁接機(jī)器人技術(shù)是一種融合了機(jī)械、自動(dòng)化控制以及園藝技術(shù)的高新技術(shù)，其在具體的應(yīng)用上可以實(shí)現(xiàn)在很短的時(shí)間內(nèi)處理繁重的嫁接工作，解決了人工嫁接工作當(dāng)中存在的低效率問題，我國(guó)政府對(duì)于嫁接機(jī)器人的發(fā)展也提供了豐厚的政策支持，也已經(jīng)研發(fā)出蔬菜嫁接機(jī)器人，能夠很好地應(yīng)對(duì)蔬菜幼苗的具體特性帶來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難題，完成了蔬菜嫁接的精準(zhǔn)定位、快速獲取以及穩(wěn)定的切削問題，嫁接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)砧木、穗木的取苗、切苗、接合、固定等嫁接過程的自動(dòng)化處理，嫁接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)一小時(shí)上百棵嫁接的工作效率，并且嫁接工作的成功率十分可觀，能夠達(dá)到百分之九十五，極大的促進(jìn)了果樹以及蔬菜生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和規(guī)?；l(fā)展。

2.2 移栽機(jī)器人

機(jī)器人在蔬菜、花卉、苗木、株苗等的移栽方面也有一定的應(yīng)用。利用機(jī)器人的信息傳感功能以及智能化功能，能夠有效地識(shí)別出苗的質(zhì)量，并作出移栽到指定未知的決策，除去壞苗，機(jī)器人能夠減少工人的勞動(dòng)量，減少人工成本，提升移栽的操作水平以及移栽工作的效率。移栽機(jī)器人可以根據(jù)樹苗以及農(nóng)作物苗的發(fā)育狀態(tài)，依據(jù)管理人員設(shè)定的程序利用攝像器傳遞并識(shí)別一些枝丫，用機(jī)械裝置來修建作物。

2.3 灌溉、噴灑農(nóng)藥機(jī)器人

機(jī)器人在溫室大棚的灌溉、施肥以及噴灑農(nóng)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分成熟，機(jī)器人發(fā)揮信息采集以及處理等方面的優(yōu)勢(shì)，依據(jù)光反射和折射的原理，通過對(duì)作物的需水量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，通過對(duì)土壤的具體情況來解決施肥的準(zhǔn)確量，降低工作成本，并能夠有效地改善地下水的質(zhì)量避免產(chǎn)生環(huán)境污染，機(jī)器人在農(nóng)藥噴灑方面的應(yīng)用，其中主要的優(yōu)點(diǎn)在于規(guī)避了人和農(nóng)藥的直接接觸，利于農(nóng)業(yè)工作人員的安全以及健康，同時(shí)由于機(jī)器人的應(yīng)用讓農(nóng)藥噴灑的準(zhǔn)確性提高，能夠通過降低農(nóng)藥的使用量來減少污染。

2.4 自動(dòng)采摘機(jī)器人

農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)產(chǎn)品的自動(dòng)采摘方面的應(yīng)用十分廣泛，機(jī)器人在農(nóng)產(chǎn)品采摘方面可以有效地應(yīng)用機(jī)器人的信息感知工功能，能夠有效地識(shí)別被采摘作物成熟程度，保障采摘到的果實(shí)的質(zhì)量，機(jī)器人采摘能夠有效代替人工操作。農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠有效地應(yīng)用于番茄、洋蔥、馬鈴薯等蔬菜的采摘，另外在一些水果的采摘方面的應(yīng)用也是比較廣泛的，其收獲率以及采摘完整率是有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)的。

2.5 分揀機(jī)器人

在蔬果采集完畢之后，機(jī)器人可以對(duì)一些農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分類和分級(jí)，區(qū)別出相同尺寸以及相同品種的蔬菜及果物，利用一些傳感器和智能識(shí)別技術(shù)能夠去別處高檔次以及潔凈的蔬果，在分選的過程中，被分選的產(chǎn)品以及外觀的形態(tài)和內(nèi)在的品質(zhì)和成熟程度以及損壞等特征比較復(fù)雜，人工操作往往會(huì)出現(xiàn)紕漏。引入農(nóng)業(yè)機(jī)器人來處理農(nóng)產(chǎn)品的分揀工作，能夠有效降低產(chǎn)品的劣品率，降低成本，并改善勞動(dòng)環(huán)境。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)分析

農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種復(fù)合型技術(shù)產(chǎn)品，和傳統(tǒng)的工業(yè)型機(jī)器人相比，其結(jié)構(gòu)、處理對(duì)象以及工作環(huán)境都相對(duì)復(fù)雜。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展需要嘗試在一些關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域獲得發(fā)展和突破，這些關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：

3.1 三維空間的持續(xù)運(yùn)作技術(shù)

機(jī)器人在田園以及田野中自由移動(dòng)，其移動(dòng)以及定位技術(shù)十分復(fù)雜，涉及到多種復(fù)雜的環(huán)境因素，想要應(yīng)對(duì)并處理這些復(fù)雜的因素帶來的問題，就需要研發(fā)一種能夠幫助農(nóng)業(yè)機(jī)器人精準(zhǔn)定位以及按照既定方向行走的導(dǎo)航系統(tǒng)，不僅需要陀螺儀、雷達(dá)以及激光裝置的配備，也需要應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，來有效解決傳統(tǒng)的機(jī)器人無(wú)法識(shí)別具體路況的問題。

3.2 對(duì)目標(biāo)的隨機(jī)未知的準(zhǔn)確感知以及處理裝置的精確定位

因?yàn)樘幚韺?duì)象是蔬果等位置隨機(jī)的個(gè)體，他們形狀各異，生長(zhǎng)位置也是不固定的，并且容易受到光線以及風(fēng)力等不確定的因素的影響，所以，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的處理裝置也需要擁有敏銳以及準(zhǔn)確的智能識(shí)別功能，能夠有效地發(fā)現(xiàn)處理對(duì)象的位置并做好準(zhǔn)確地感知，并在獲取位置信息的基礎(chǔ)上來準(zhǔn)確感知被處理對(duì)象的位置，基于位置信息來作出一些固定的應(yīng)對(duì)，機(jī)械手的柔性動(dòng)作處理技術(shù)是未來需要重點(diǎn)研究的領(lǐng)域，機(jī)械手行動(dòng)需要足夠自由和靈活，并且能夠從不同的方向抓到目標(biāo)對(duì)象。

3.3 機(jī)器人的分類處理技術(shù)以及學(xué)習(xí)能力

上文提到機(jī)器人可以應(yīng)用并處理一些產(chǎn)品的采摘和分類工作，但是對(duì)于具體農(nóng)產(chǎn)品的檔次以及成熟程度的識(shí)別和分析，需要涉及到顏色、形狀以及大小等特征的識(shí)別技術(shù)，找到合適的以及具體的采摘對(duì)象進(jìn)行采摘，利用一些視覺傳感器和攝像機(jī)，當(dāng)前可以準(zhǔn)確識(shí)別出一些種子的發(fā)芽情況以及果實(shí)的成熟程度。

因?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品的特征比較復(fù)雜，因此在一些程序的建模上比較復(fù)雜，所以機(jī)器人的邏輯分析能力以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能模擬技術(shù)的自主學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展也是十分重要的。農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要在人工幫助的情形下不斷組織學(xué)習(xí)并對(duì)一些學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行記憶和儲(chǔ)存，建立自己的知識(shí)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的技術(shù)

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作環(huán)境比一般領(lǐng)域的機(jī)器人的工作環(huán)境要更復(fù)雜和惡劣，其感知能力和執(zhí)行能力，乃至信息處理部件以及系統(tǒng)要適應(yīng)環(huán)境因素的影響，保障自身高效、高質(zhì)地處理一些工作。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)的機(jī)器人制造水平相較于發(fā)達(dá)國(guó)家來說差距較大，農(nóng)業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用以及發(fā)展面臨觀念和技術(shù)等方面的挑戰(zhàn)，專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)抓住科技發(fā)展的契機(jī)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人向真正有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向發(fā)展。