應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人項(xiàng)目研究及其成果轉(zhuǎn)化

白玉　邱敏　于光華

摘要：根據(jù)學(xué)校多年組織大學(xué)生參加“全國大學(xué)生機(jī)器人大賽”的經(jīng)驗(yàn)，策劃、研究了一個(gè)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人項(xiàng)目，對該項(xiàng)目的應(yīng)用可行性進(jìn)行了分析，重點(diǎn)闡述了AI機(jī)器人的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該AI機(jī)器人為促進(jìn)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的科學(xué)生產(chǎn)提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：人工智能;機(jī)器人;農(nóng)業(yè);畜牧業(yè);視覺系統(tǒng)

0 引言

我國高等院校的電子信息類專業(yè)屬于新工科專業(yè)，培養(yǎng)電子信息類專業(yè)的應(yīng)用型人才是我國高等教育人才培養(yǎng)的重中之重。“全國大學(xué)生機(jī)器人大賽”涉及機(jī)械、電子、自動控制、視頻識別、圖像處理、人工智能等多方面知識，參賽大學(xué)生歷時(shí)一年時(shí)間，將所學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合，自主研發(fā)出了多種機(jī)器人。絕大部分經(jīng)過大賽歷練的學(xué)生都能成長為工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力強(qiáng)、具有國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

本文根據(jù)我校多年組織大學(xué)生參加“全國大學(xué)生機(jī)器人大賽”的經(jīng)驗(yàn)，策劃、研究了一個(gè)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人項(xiàng)目，對AI機(jī)器人在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的應(yīng)用可行性進(jìn)行了分析，重點(diǎn)闡述了該AI機(jī)器人的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 項(xiàng)目背景及可行性研究

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)大國，其中黑龍江省是全國排名靠前的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)大省。近年來隨著國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展的重視以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化成為了一種必然的發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是指由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)，把農(nóng)業(yè)建立在現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)來裝備農(nóng)業(yè)，用現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)科學(xué)來管理農(nóng)業(yè)，創(chuàng)造一個(gè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和一個(gè)合理利用資源、保護(hù)環(huán)境的有較高轉(zhuǎn)化效率的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。目前，我國農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展存在人力資源少，防盜、防災(zāi)、防疫難，農(nóng)民知識儲備不足等問題。因此，本項(xiàng)目致力于協(xié)助農(nóng)民在畜牧業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)作業(yè)中的勞動，解放人力，降低糧食及肉類成本，實(shí)現(xiàn)AI機(jī)器人的牲畜看管、牲畜喂養(yǎng)、農(nóng)田防盜等目標(biāo)，滿足國家提出的“科學(xué)制定規(guī)劃，堅(jiān)持產(chǎn)業(yè)化道路，完善牲畜疫病監(jiān)管和防控體系”等要求，通過人機(jī)交互、智能聯(lián)網(wǎng)，達(dá)到科學(xué)養(yǎng)殖、科學(xué)生產(chǎn)的目的。

2 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及功能

2.1? ? 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)包括：（1）機(jī)器視覺系統(tǒng);（2）機(jī)械手臂;（3）機(jī)器人的智能運(yùn)算及路徑規(guī)劃;（4）機(jī)器人與人的交互。AI機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2.2? ? 基本組成及功能

2.2.1? ? 框架結(jié)構(gòu)

該AI機(jī)器人外形采用鋁制結(jié)構(gòu)，其外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，具有重量輕、易于加工設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。該AI機(jī)器人是通過機(jī)械制圖，根據(jù)已有機(jī)器人產(chǎn)品進(jìn)行的改進(jìn)創(chuàng)新。該AI機(jī)器人采用麥克納姆輪使機(jī)器人可全向移動，采用月球車控制設(shè)計(jì)方案，機(jī)器人可越過障礙，搭載的全向機(jī)械手臂，使機(jī)器人可以勝任大部分喂養(yǎng)工作。該AI機(jī)器人還可以通過聯(lián)機(jī)模塊與農(nóng)機(jī)設(shè)備互聯(lián)。

2.2.2? ? 控制部分

該AI機(jī)器人可自主規(guī)劃路線，跟蹤拍攝竊賊并報(bào)警，采集農(nóng)作物、牲畜信息。AI機(jī)器人搭載的核心CPU模塊（目前應(yīng)用的是STM32模塊），可以按照農(nóng)戶的指令進(jìn)行工作，采用雙軸云臺設(shè)計(jì)，如圖3所示，搭載3種不同的攝像頭，以保證機(jī)器人視覺系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定性和靈活性。利用機(jī)器人的視覺系統(tǒng)，如圖4所示，可以處理采集到的信息，識別農(nóng)作物、牲畜或行人，自主學(xué)習(xí)、自主規(guī)劃路線并不斷優(yōu)化。機(jī)器人一旦發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物、牲畜有異樣，就會進(jìn)行相應(yīng)的處理和報(bào)警。該AI機(jī)器人可記錄牲畜數(shù)量，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)量減少可立即報(bào)警;若發(fā)現(xiàn)有可疑人員，可對其跟蹤拍攝并預(yù)警，聯(lián)系農(nóng)場主，實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互功能。

沒有任務(wù)待命時(shí)，AI機(jī)器人可自主聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)養(yǎng)殖前沿知識，每天為農(nóng)戶推薦養(yǎng)殖知識、最新信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共同進(jìn)步。

3 結(jié)語

本文通過對應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的AI機(jī)器人項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究，完成了AI機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該AI機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)牲畜喂養(yǎng)、牲畜看管、農(nóng)田防盜、牲畜信息收集處理、與農(nóng)戶進(jìn)行信息交互等功能，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的科學(xué)生產(chǎn)提供了解決方案。隨著我國市場對農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)產(chǎn)品的需求量不斷增大，本項(xiàng)目研究設(shè)計(jì)的AI機(jī)器人可以替代人工，大幅解放人力，降低糧食、肉類成本，在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)擁有廣闊的市場應(yīng)用前景。

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收稿日期：2020-03-06

作者簡介：白玉（1979-），男，山東梁山人，副教授，研究方向：數(shù)字信號處理。