農業(yè)機器人在農業(yè)中應用

王家碩 陳炳舟 楊廣召 朱家瑋 雍飛

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術與農業(yè)技術的緊密結合，使得智慧農業(yè)在農業(yè)生產中的應用日益廣泛。農業(yè)機器人是智慧農業(yè)的新興領域，也是近年來的研究熱點。農業(yè)機器人在減少人力投入、提高生產效率、改善生產品質等方面發(fā)揮著重要作用。農業(yè)智能車是目前應用較廣泛的農業(yè)機器人裝備，可有效彌補現(xiàn)有智慧農業(yè)系統(tǒng)靈活性、機動性不足的缺陷，提高農業(yè)生產監(jiān)測精度，擁有廣泛的應用前景。該文闡述了國內外農業(yè)機器人的常見類型，分析了國內農業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀及問題，并對其未來的發(fā)展和應用進行展望。

關鍵詞：農業(yè)機器人;國內外現(xiàn)狀;問題

中圖分類號 S126;TP242.6文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）20-0132-02

Application of Agricultural Robots in Agriculture

WANG Jiashuo et al.

（College of Information Engineering， Tarim University， Alar 843300，China）

Abstract： The close combination of Internet of things technology and agricultural technology makes the application of Intelligent Agriculture in agricultural production increasingly popular. Agricultural robot is an emerging field of agricultural intelligence， and gradually becomes a research hotspot in recent years. Agricultural robot plays an important role in reducing human input， improving production efficiency and improving production quality. Agricultural intelligent vehicle is currently widely used agricultural robot equipment， which can effectively make up for the shortcomings of the existing intelligent agricultural system in terms of flexibility and mobility， improve the accuracy of agricultural production monitoring， and has a wide application prospect.This paper describes the common types of agricultural robots at home and abroad， and discusses the research status of domestic agricultural robots in detail.

Key words： Agricultural robot; Current situation at home and abroad; Problem

近年來，隨著工業(yè)化進程不斷加快，我國農業(yè)機械化水平顯著提高，農業(yè)機器人在農業(yè)生產中的地位越來越重要。農業(yè)機器人涉及的層面十分廣泛，是集計算機技術、傳感器技術、通信技術和制造技術等多種前沿技術于一體的綜合體。在農業(yè)生產中，針對不同地形，移動機器人配有不同載體平臺，如履帶式機器人、高地隙輪式機器人、步行式和輪履式機器人等;不同的工作環(huán)境也對應著不同種類的機器人，如采摘機器人、嫁接機器人、耕耘機器人、施肥以及噴霧機器人和除草機器人等。采用農業(yè)機器人可代替人們進行笨重且繁瑣的勞動，提高機械化與自動化水平，增加農戶經(jīng)濟效益。

1 國內外研究現(xiàn)狀

20世紀50年代，科學家們已逐漸開始關注移動機器人領域。20世紀70年代，移動機器人在農業(yè)上的應用發(fā)展越來越成熟，國內外大量學者、研究機構都對農業(yè)機器人進行了研究，且取得了諸多成果。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

1.1.1 采摘機器人 1995年日本岡山大學研發(fā)出棚室采摘的履帶式機器人，采用ccd攝像頭對果實進行識別和定位，在機械手臂控制下，機器人可以完成果實噴藥、施肥、采摘等一系列動作。1996年，荷蘭一所農機研究所（IMAC）研制出專門用于采摘黃瓜的機器人。該機器人裝備了紅外識別系統(tǒng)，可對黃瓜實行精準定位并進行采摘，可將采摘的黃瓜放入機器人自身攜帶的儲物箱內，整個過程可以實現(xiàn)自主完成。近年來，英國的研發(fā)團隊研制出蘑菇采摘機器人，作物識別率可以達到84%，收獲率達到80%，果實采摘完成后完整率可達到62%。

1.1.2 嫁接機器人 育苗嫁接技術雖然在歐洲國家早已普及，但嫁接類機器人研發(fā)產品卻非常少。1989年日本使用TGR 技術成功研制出一種嫁接輪式機器人。該機器人能夠自主完成切斷、合位、接苗步驟，完全滿足農作物的嫁接工作要求，嫁接過程中可自主判斷是否缺苗并自動跳過，嫁接成功率可達97%。2003年，洋馬公司研制的T600嫁接機器人極具代表性，能夠自主實現(xiàn)砧木和接穗的削切、對接等工作，平均成功率可達90%。2004年，Idealsystem公司研制出全自動嫁接機器人。該機器人采用五角形陶瓷針進行結合，生產效率大幅提高，約1200株/h。

1.1.3 耕耘機器人 耕耘機器人的技術難點在于精確定位。1994年，芬蘭農業(yè)研究所首次研究出自主行走的耕作機器人，機器人平臺采用履帶式，利用GPS定位技術和電機調速技術相融合，對機器人進行差速導航。近年來，日本電子技術綜合研究所研制出耕作機器人，該機器人可通過傳感器對田間環(huán)境進行判別，同時根據(jù)GPS判斷自身位置進行行走作業(yè)，工作效率遠遠高于人工。

1.1.4 施肥及噴霧機器人 施肥及噴霧機器人需要實現(xiàn)田間自動行駛功能，同時還要具備分析土壤成分、配制營養(yǎng)液和精準施肥的能力。2009年，美國蘇明達拉州農機公司研發(fā)出施肥機器人，該機器人可自動對土壤進行檢測分析，并可根據(jù)分析結果適量施肥。澳大利亞農業(yè)研究所研制出一種節(jié)約型噴霧機器人，該機器人具有視覺傳感器，速度傳感器和定位傳感器等多種裝備，能夠識別雜草并進行精準施藥，除草劑用量僅為人工的10%。

1.1.5 除草機器人 1988年，美國加州大學WONSUKLEE等以耕作機器人為平臺，研制出基于視覺導航的除草機器人。該機器人獲取圖像通過貝葉斯算法將雜草與農作物分離開來，經(jīng)控制器操作設備對雜草進行精準施藥，精準施藥率最高可達96%。瑞典的Halmstad大學制出一種機械式除草機器人，采用ccd相機識別農作物，控制機器人沿農作物方向行走，利用相機對雜草進行識別，最后采用機械除草機清除雜草，除草準確率可達65%。

1.2 國內研究現(xiàn)狀

1.2.1 嫁接機器人 1988年，中國農業(yè)大學研發(fā)出一款2JSZ—600型蔬菜嫁接機器人，可在計算機控制下，實現(xiàn)取苗、接合、排苗等一系列復雜工作。2005年，東北農業(yè)大學設計出JC-350型嫁接機器人，該移動機器人采用了直插嫁接法，嫁接成功率可達90%以上。2005年，中國農業(yè)大學根據(jù)管套式嫁接特點，研發(fā)出了管套式蔬菜嫁接機器人。

1.2.2 除草機器人 饒洪輝等研制的基于視覺導航的化學除草機器人是國內具有代表性的除草機器人，以拖拉機為平臺，配置藥物噴灑裝置，攝像頭捕捉圖像，計算機進行處理分析，識別出雜草，啟動噴藥裝置對雜草進行農藥噴灑，可實現(xiàn)最大噴灑誤差不超過10cm。黑龍江八一農墾大學研制的機械手抓式除草機器人采用土槽試驗車為平臺，將除草裝置放置平臺前端，首先采用DMK21AG04型攝像頭進行圖像采集，利用OpenCV進行圖像處理，然后利用電機驅動機械手進行雜草清除，雜草識別率達到95%，具有很高的實用性。

1.2.3 采摘機器人 2009年，東北農業(yè)大學對采摘機械手的控制系統(tǒng)進行了深入研究;同年，華南農業(yè)大學實驗研究所將重心投入到番茄采摘機器人，對移動機器人控制系統(tǒng)進行了重點研究。2011年中國農業(yè)大學成功研發(fā)出黃瓜采摘機器人，在國內極具代表性，它利用攝像頭捕捉果實，判斷成熟度并進行采摘，整套識別采摘只需15s即可完成。目前，我國農業(yè)機器人研究主要還是以高校為主，雖然在某些關鍵領域取得了突破性進展，但與國外還是存在較大差距。

2 存在的問題

從目前國內外農業(yè)機器人的研究及應用情況看，農業(yè)機器人完全可以代替人類從事一些農業(yè)勞動，但要達到普及化，還存在2個關鍵問題：（1）農業(yè)機器人的價格高昂，一般農戶及經(jīng)營主體難以承擔;農業(yè)生產具有季節(jié)性特征，間接造成農業(yè)機器人使用效率低下。（2）農業(yè)生產要求機器人的智能程度能夠識別復雜的環(huán)境，而目前農業(yè)機器人智能體系還不夠完善。

3 展望

隨著全球農業(yè)生產的規(guī)?；M程不斷加快，各個國家對農業(yè)機器人的需求必將持續(xù)增加，未來農業(yè)機器人在農業(yè)中的應用將會更加廣泛。目前發(fā)展農業(yè)機器人的瓶頸是成本和高度智能化問題，但未來農業(yè)機器人一定是低成本且高適應性的。目前，我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，加快農業(yè)現(xiàn)代化建設是我國當前和今后的重要任務。中央及各級政府對農業(yè)扶持力度持續(xù)加大，相信農業(yè)機器人將會成為我國未來農業(yè)的重要裝備。

參考文獻

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（責編：徐世紅）