果農(nóng)的福音——AI果園模塊化作業(yè)機(jī)器人

馬智明 郭秀娟 王平

【摘要】我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)問題一直都是關(guān)系到我國社會(huì)發(fā)展的根本問題。雖然我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，但是我國的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)相較于發(fā)達(dá)國家而言還是比較落后。以農(nóng)業(yè)機(jī)器人為例，雖然我國也開始逐漸使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，但是我國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人在精準(zhǔn)度、作業(yè)效率和穩(wěn)定性方面和國外還有一定的差距。隨著新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的逐漸應(yīng)用開來， 機(jī)器人將越來越多地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中直到完全替代傳統(tǒng)農(nóng)用機(jī)械。在農(nóng)業(yè)中運(yùn)用機(jī)器人是從質(zhì)的方面提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的新方法，也是農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志。但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)容易受到季節(jié)的影響，農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格根據(jù)市場(chǎng)的波動(dòng)較大，農(nóng)田作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變等原因，農(nóng)民對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的性價(jià)比、耐用性、智能化提出較高的要求，這些問題也成為制約農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究應(yīng)用的瓶頸問題。正式因?yàn)槿绱?，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)將是新世紀(jì)的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。以此為契機(jī)，我們開發(fā)果園模塊化作業(yè)機(jī)器人的設(shè)想也應(yīng)運(yùn)而生。

【關(guān)鍵詞】果園 ?模塊化 ?機(jī)器人

一、項(xiàng)目實(shí)施的原因

一方面，受到當(dāng)前設(shè)備和果園環(huán)境的制約，果園打藥機(jī)對(duì)于的農(nóng)藥浪費(fèi)很嚴(yán)重，沒有充分考慮果園的果樹間距，果樹形狀，果園地形。在實(shí)際使用過程中很不方便，一定程度上還造成了資源上的浪費(fèi)。

另一方面，當(dāng)前農(nóng)民果園除草多打除草藥，或者采用人工除草的方式，第一種會(huì)對(duì)農(nóng)田土壤造成很大的環(huán)境污染，影響土質(zhì)，降低了果園產(chǎn)量，二者效率低下，沒有向新型農(nóng)業(yè)跨越。

最重要的是，當(dāng)前果園施肥還是沒有徹底解放雙手，市場(chǎng)上雖然有相關(guān)的施肥設(shè)備，但是依然存在不實(shí)用，肥料的量不合理，模塊化智能施肥設(shè)備能夠根據(jù)每一顆果樹的生長情況，合理施肥，既能做到增產(chǎn)增收，也能夠做到肥料的最大化的利用。

二、項(xiàng)目內(nèi)容

果園模塊化作業(yè)機(jī)器人是由拖動(dòng)模塊，打藥模塊，除草模塊，施肥模塊這四個(gè)模塊構(gòu)成的。農(nóng)戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求將拖動(dòng)模塊和其他模塊隨意地組合。從而保證果園模塊化作業(yè)機(jī)器人的體積足夠小，符合農(nóng)家果園的需求。

果園模塊化作業(yè)機(jī)器人構(gòu)成如圖所示：

（一）軟件研發(fā)

機(jī)器人每個(gè)模塊所需程序的研發(fā)以及各個(gè)模塊軟件之間的相互銜接與調(diào)整數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)以及建立，數(shù)據(jù)智能處理軟件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，數(shù)據(jù)的傳輸方式和數(shù)據(jù)的分類保存方式完善每一棵果樹的數(shù)據(jù)存檔和出具分析，大致分類。軟件的數(shù)據(jù)建模且進(jìn)行實(shí)際模擬。

（二）硬件研發(fā)

拖動(dòng)模塊的自動(dòng)駕駛動(dòng)能傳動(dòng)，土壤檢測(cè)樹木生長情況監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，自我檢測(cè)設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，緊急制動(dòng)，自動(dòng)熄火。除草模塊傳動(dòng)裝置，樹干感應(yīng)裝置以及除草葉片的設(shè)計(jì)，除草模塊除草模塊采用立到和臥刀相互組合的方式一部分經(jīng)皮帶傳動(dòng)傳遞至臥式除草刀，實(shí)現(xiàn)果園園的行間除草。打藥模塊樹形監(jiān)測(cè)裝置，管道的轉(zhuǎn)動(dòng)拉伸裝置，三段式機(jī)械臂，距離傳感器，濕度傳感器的制造和優(yōu)化。施肥模塊的具體設(shè)計(jì)與改造。施肥模塊的拖箱設(shè)計(jì)，投放設(shè)計(jì)，以及投放量的運(yùn)算。

（三）軟硬件適配

機(jī)器人每一個(gè)硬件與軟件的適配，機(jī)器人每一個(gè)模塊的互相適配。從而對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)整，數(shù)據(jù)庫與機(jī)器人的進(jìn)一步銜接，從而構(gòu)建出AI果園模塊化作業(yè)機(jī)器人的大致樣式，然后將機(jī)器人進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，調(diào)整。對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和軟硬件進(jìn)行資料整理和存檔和整改。

三、項(xiàng)目難點(diǎn)

（1）每一個(gè)模塊的數(shù)據(jù)銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤，而造成機(jī)器人的信息錯(cuò)誤處理，而對(duì)果樹造成損傷，導(dǎo)致坐果率的下降。機(jī)器人各個(gè)模塊的相互配合和動(dòng)能的合理分配，要保證機(jī)器的效率，也要防止機(jī)器超負(fù)荷運(yùn)行而產(chǎn)生不可挽回的損害。每一個(gè)模塊的數(shù)據(jù)銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤，而造成機(jī)器人的信息錯(cuò)誤處理，而對(duì)果樹造成損傷。導(dǎo)致坐果率的下降。

（2）機(jī)器人各個(gè)模塊的相互配合和動(dòng)能的合理分配，要保證機(jī)器的效率，也要防止機(jī)器超負(fù)荷運(yùn)行而產(chǎn)生不可挽回的損害。

（3）對(duì)農(nóng)田的土壤檢測(cè)裝置以及果樹的生長情況檢測(cè)裝置以及數(shù)據(jù)的整理及自動(dòng)整改，保證數(shù)據(jù)的簡潔性，完整性，可視性。數(shù)據(jù)傳輸過程中對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的調(diào)用速度以及數(shù)據(jù)的處理。

四、結(jié)語

果園模塊化機(jī)器人通過可拆卸的設(shè)計(jì)，用戶可以將自動(dòng)駕駛模塊和其他模塊自由組合到一起。將傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)設(shè)備，與互聯(lián)網(wǎng)，人工智能相結(jié)合，更加智能化的設(shè)計(jì)讓果農(nóng)使用起來更加輕松。此外，果園模塊化作業(yè)機(jī)器人更加的環(huán)?；?，經(jīng)濟(jì)化。所謂環(huán)保化，通過機(jī)器對(duì)果園的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了農(nóng)藥化肥的使用，不僅可以減小土質(zhì)破壞，還可以提質(zhì)增效。所謂經(jīng)濟(jì)化，就是果園模塊化作業(yè)機(jī)器人不僅減少了人力成本，還能達(dá)到增產(chǎn)增收的效果，是廣大農(nóng)民的福音。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：吉林建筑大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2019

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