農業機器人的現狀與未來發展趨勢

楊萍萍，黃曉詩，邊曉蓉

（成都理工大學 旅游與城鄉規劃學院，四川 成都 610059）

農業機器人的現狀與未來發展趨勢

楊萍萍，黃曉詩，邊曉蓉

（成都理工大學 旅游與城鄉規劃學院，四川 成都 610059）

農業機器人的普及使用是農業機械化發展的最高階段。自20世紀80年代開始,發達國家已開始研發及試用農業機器人。我國在耕耘機器人、除草機器人、施肥機器人、噴藥機器人、苗類移栽機器人、采摘機器人等的研發方面取得了一定成果。但農業機器人由于開發難度大、使用成本高、作業環境特殊等原因,還不能象工業機器人那樣得到廣泛推廣。

農業機器人；智能化農機；發展前景

1 國內外農業機器人研究現狀

（1）發達國家農業機器人的研發概況。發達國家對農業機器人的研制起步早、投資大、發展快，這些國家農業規模化、多樣化、精確化和設施農業的快速發展，有效地促進了農業機器人與其他智能化農業機械的發展。自20世紀80年代開始，發達國家根據本國實際，紛紛開始農業機器人的研發，并相繼研制出了嫁接機器人、扦插機器人、移栽機器人和采摘機器人等多種農業生產機器人。如澳大利亞的剪羊毛機器人，荷蘭的擠奶機器人，法國的耕地和分揀機器人，日本和韓國的插秧機器人，丹麥的農田除草機器人，西班牙的采摘柑橘機器人，英國的采蘑菇機器人等。總體看來，在農業機器人的研發方面，日本居世界領先地位，現已研制出番茄、黃瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收獲的多種可用于農業生產的機器人。但是由于農業生產環境、作業對象及使用者等與工業生產領域截然不同，發達國家已研發成功的農業機器人目前尚未實現商品化生產和大面積普及。

（2）國內農業機器人的研究概況。20世紀90年代中期,我國開始了農業機器人技術的研發，由于起晚，與發達國家相比差距明顯,農業機器人的應用和發展還面臨觀念和技術兩方面的挑戰。但隨著中國科技和經濟的快速發展，尤其是國家不斷加大農業機械化發展扶持力度，中國農機化事業進入了前所未有的良好發展時期，也為農業機器人提供了良好發展機遇，農業機器人技術的先進性和先導性決定了其必將成為未來中國農業技術裝備研發的重要內容之一。目前在耕耘機器人、除草機器人、施肥機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、收割機器人、采摘機器人等方面均有研發。此外，東北林業大學研制出林木球果采摘機器人、中國農業大學研制的果蔬秧苗嫁接機器人、東北林業大學研制的林木球果采集機器人和伐根清理機器人、吉林工業大學與吉林農業研究所聯合研制的除草機器人等已取得一定成果。

2 農業機器人的特點

（1）作業對象的嬌嫩性和不確定性。農作物基本上都具有柔軟易傷的特性，在作業過程中，必須輕柔地對待和處理。且農作物種類繁多，形狀復雜，生長發育程度不一，相互間差異很大。

（2）作業環境的非結構性。農作物的生長隨著時間和空間的變化而變化，農業機器人的作業環境是變化的、未知的和開放的。作物的生長環境除受地形條件的制約外，還直接受季節、天氣等自然條件的影響。這就要求農業機器人不僅要具有與生物體柔性相對應的處理功能,還要能夠順應變化無常的自然環境,具有相當高的智能。

（3）作業動作的復雜性。農業機器人一般是作業、移動同時進行，且其行走路線不是連接起點和終點的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個田間表面等特點。

（4）操作對象和價格的特殊性。農業機器人的操作者農民，并不具備較高的機械電子知識水平，因此農業機器人還必須具備非常高的可靠性和操作簡單的特點。另外農業機器人是以個體農民經營為主，如果不具備價格優勢，就很難得到普及應用。

3 農業機器人技術發展存在的主要問題

（1）農業機器人的智能問題。農業生產的特點要求農業機器人具有相當的智能和柔性生產能力以適應復雜的非結構環境。例如辨識和避障能力等。專家紛紛把研究重心從機械部分轉向機器視覺、人工智能方面，力圖解決農業機器人的智能問題。技術上在自動導航、視覺辨識定位等方面已有成熟的解決方案，但總的來講，智能系統的發展還不夠完善，農業機器人的智能程度還不能滿足農業生產的需要，很多任務無法由農業機器人單獨完成。農業機器人沒有實現實際意義上的智能化、自主化，缺乏學習、應變、推理、決策和與外界信息交流的能力，仍然按照人的指令和程序行動。

（2）農業機器人的成本過高問題。目前研制出來的農業機器人大都只針對農業生產某一環節的某一項作業而言，農業生產的特征之一是季節性，造成了農業機器人的使用效率低，間接地增加了農業機器人的成本。其性價比不能滿足市場的需要，成為制約農業機器人商業化和進一步研究應用的瓶頸問題。

（3）機器人對環境和作業對象的感知能力還很差。目前農業機器人對環境識別的技術方法和方式比較單一。目前廣泛研究的是基于計算機圖像處理的機器視覺技術，而采用多種方法并用、配備多種傳感器多信息融合的農業環境感知的相對較少。這直接導致了在自然農業環境中工作的機器人采集信息的時間長，判斷的精度差，誤判漏判率高，而且對作物的損傷率也高。因此目前國外開發的機器人仍然沒有達到普及和實用的階段。

4 結語

農業機器人技術的發展水平標志著農業的發展水平，也代表著一個國家或地區的科學技術和農業經濟的發展水平，應當引起重視。中國與發達國家的工業化差距正在日益縮小，而農業現代化的差距還很大，加快農業現代化發展,尤其是加快農業機械化發展已成為中國當前和今后相當長時期內的重要戰略任務，中央和各級政府正在不斷加大促進農業機械化發展的扶持力度。農業機器人的研發，早已成為發達國家科研的重要組成部分。隨著中國農業勞動力結構性短缺問題日趨嚴重和國家不斷加大對農業機械化發展的扶持力度，農業機器人技術必將成為中國未來農業技術裝備研發的重要內容。

An Analysis on Present Situation and Future Development Trend of Agricultural Robots

YANG Ping-ping，HUANG Xiao-shi，BIAN Xiao-rong
（Institute of Tourism and the Urban and Rural Planning，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

Thepopularizationandapplicationofagriculturalrobotsisthegreatestdevelopment ofagriculturalmechanization，since1980s，thedeveloped countrieshad begun to research，develop and tryagriculturalrobots.Someachievementshasbeenmade in the research and development of ploughing robots，weeding robots，fertilization robots，fogging robots，transplanting robots，plucking robotsand otherwise.sincethereisgreatdifficultyin thedevelopmentofagriculturalrobotsand itshighapplication costand specialoperationenvironmentand otherwise，itisstillcannotbewidelyapplied asotherindustrialrobots.

agricultural robot；agriculturalscience and technology；Prospects for development

TP242

A

2095-980X（2015）07-0008-02

2015-06-10

楊萍萍（1991-），女，碩士研究生，主要研究方向：休閑農業。