基于AI果園模塊化作業機器人的可行性研究

馬智明 郭秀娟 王平

【摘要】隨著土地改革的逐步推進和目前人工智能技術的趨于成熟和5G建設的進一步加快，人工智能技術將迎來新一輪的高速發展時期。而我們的果園模塊化機器人正是以此為契機，推動中國農業發展向一個更高的軌道。我們有理由相信機器人在農田中的運用將進一步推動人工智能技術，自動化技術等其他技術在農業上的運用，從果園拓展到農業的方方面面，從而實現我國農業的跨越式發展。從一個農業大國邁向一個農業強國。

【關鍵詞】果園 ?智能化

一、項目實施的意義

（1）當前農用機械市場多是大型農用機械，在小型模塊化，高智能，高自動化這方面基本上還是一片空白，我們要充分考慮果園的特殊需求，在這方面多下功夫，而模塊化機器人就是解決這方面的問題，同時也為今后相關其他的農用小型設備的研究就是彌補這方面的空白。同時為今后的其他類型的農田的智能自動化作業機器人的研發積累寶貴的經驗。將互聯網，人工智能，機械工程緊密結合，將農業作業設備帶上一個新的高度。

（2）打藥模塊能夠在保護環境，節約農藥，實現農藥最高效率的運用，進一步解放勞動力勞動力，想農民之所想，從根本上解決果園的實際性問題。

（3）此產品的目標是解決果園勞作的最后一公里，AI果園模塊化智能機器人將進一步的降低勞動力，增加果園產量，降低果園的人力成本。從而增加果農的經濟收入收入。

（4）機器人在農田中的運用將進一步推動人工智能技術，自動化技術等其他技術在農業上的運用，從果園拓展到農業的方方面面，從而實現我國農業的跨越式發展。

（5）該項目可推動新疆，云南，貴州等地的特色果產品的進一步增產增收，該產品將進一步解放農民勞動力，降低成本。據同時該產品需求廣闊，具有廣闊的銷售空間。屆時將進一步推動果園的經濟效益，根據保守估計，該產品至少可產生數十億元的經濟效益，多則可以產生數百億元的經濟效益。同時在技術上產生的潛在價值還有很大的價值。

二、項目需解決的關鍵問題

（一）拖動模塊

拖動模塊的自動駕駛，障礙感應，智能道路規劃和距離感應裝置以及線路的智能規劃，緊急制動裝置，以及向各個其他模塊的動能傳送方式，傳動柱的結構設計，要保證傳動柱方便安裝與拆卸。

（二）除草模

除草模塊的能量傳動裝置，自動感應裝置，除草部分的除草葉片設計。

（三）施肥模塊

施肥模塊的拖箱大小以及形狀的設計，肥料投放口的大小以及投放設計。

（四）智能打藥模塊

智能打藥模塊的樹形檢測，合理噴灑農藥，三段式機械臂的構造，能夠準確的繞開每一個樹干。藥劑噴灑程度感應裝置，做到既不浪費農藥，也不會噴灑不完全。觸碰感應，防止機械臂與果樹樹干發生碰撞，導致打落花朵和果實。

（五）數據庫

人工智能系統的圖像處理和視覺智能分析，數據庫的建立以及數據的上傳，勞作過程中果樹生長情況數據的收集分類，從而根據每一棵果樹的生長情況對癥下藥，讓果樹更好的生長，增加坐果率，增加果實的甜度，讓色澤更加飽滿。

（六）檢測模塊

對農田的土壤檢測裝置以及果樹的生長情況檢測裝置以及數據的整理及自動整改，保證數據的簡潔性，完整性，可視性。數據傳輸過程中對數據庫的數據的調用速度以及數據的處理速度。并且能夠將數據整理成文檔，反饋給農戶。

（七）模塊適配

機器人各個模塊的相互配合和動能的合理分配，要保證機器的效率，也要防止機器超負荷運行而產生不可挽回的損害。每一個模塊的數據銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數據分析錯誤，而造成機器人的信息錯誤處理，而對果樹造成損傷，導致坐果率的下降。機器人各個模塊的相互配合和動能的合理分配，要保證機器的效率，也要防止機器超負荷運行而產生不可挽回的損害。每一個模塊的數據銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數據分析錯誤，而造成機器人的信息錯誤處理，而對果樹造成損傷，導致坐果率的下降。

三、結語

果園模塊化作業機器人是一種更加靈活地果園作業工具。有了模塊化的設計，果農不需要再買很多的果園機械，因此也可以極大地解決果農的成本問題。此外果園模塊化機器人不僅很大程度上解放了勞動力，還可以進一步增產增收。對于農民來說，是一個一舉兩得的好事。

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基金項目：吉林建筑大學大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：201910191042。