應用于農業、畜牧業的AI機器人項目研究及其成果轉化

白玉　邱敏　于光華

摘要：根據學校多年組織大學生參加“全國大學生機器人大賽”的經驗，策劃、研究了一個應用于農業、畜牧業的AI機器人項目，對該項目的應用可行性進行了分析，重點闡述了AI機器人的設計要點。該AI機器人為促進農業、畜牧業的科學生產提供了解決方案。

關鍵詞：人工智能;機器人;農業;畜牧業;視覺系統

0 引言

我國高等院校的電子信息類專業屬于新工科專業，培養電子信息類專業的應用型人才是我國高等教育人才培養的重中之重。“全國大學生機器人大賽”涉及機械、電子、自動控制、視頻識別、圖像處理、人工智能等多方面知識，參賽大學生歷時一年時間，將所學理論與實踐相結合，自主研發出了多種機器人。絕大部分經過大賽歷練的學生都能成長為工程實踐能力強、創新能力強、團隊協作能力強、具有國際競爭力的高素質復合型人才。

本文根據我校多年組織大學生參加“全國大學生機器人大賽”的經驗，策劃、研究了一個應用于農業、畜牧業的AI機器人項目，對AI機器人在農業、畜牧業的應用可行性進行了分析，重點闡述了該AI機器人的設計要點。

1 項目背景及可行性研究

我國是一個農業、畜牧業大國，其中黑龍江省是全國排名靠前的農業、畜牧業大省。近年來隨著國家對農業發展的重視以及科學技術的不斷發展，農業現代化成為了一種必然的發展趨勢。農業現代化是指由傳統農業轉變為現代農業，把農業建立在現代科學的基礎上，用現代科學技術和現代工業來裝備農業，用現代經濟科學來管理農業，創造一個高產、優質、低耗的農業生產體系和一個合理利用資源、保護環境的有較高轉化效率的農業生態系統。目前，我國農業、畜牧業發展存在人力資源少，防盜、防災、防疫難，農民知識儲備不足等問題。因此，本項目致力于協助農民在畜牧業養殖、農業作業中的勞動，解放人力，降低糧食及肉類成本，實現AI機器人的牲畜看管、牲畜喂養、農田防盜等目標，滿足國家提出的“科學制定規劃，堅持產業化道路，完善牲畜疫病監管和防控體系”等要求，通過人機交互、智能聯網，達到科學養殖、科學生產的目的。

2 應用于農業、畜牧業的AI機器人技術關鍵點及功能

2.1? ? 技術關鍵點

應用于農業、畜牧業的AI機器人技術關鍵點包括：（1）機器視覺系統;（2）機械手臂;（3）機器人的智能運算及路徑規劃;（4）機器人與人的交互。AI機器人結構簡圖如圖1所示。

2.2? ? 基本組成及功能

2.2.1? ? 框架結構

該AI機器人外形采用鋁制結構，其外形結構設計如圖2所示，具有重量輕、易于加工設計的優點。該AI機器人是通過機械制圖，根據已有機器人產品進行的改進創新。該AI機器人采用麥克納姆輪使機器人可全向移動，采用月球車控制設計方案，機器人可越過障礙，搭載的全向機械手臂，使機器人可以勝任大部分喂養工作。該AI機器人還可以通過聯機模塊與農機設備互聯。

2.2.2? ? 控制部分

該AI機器人可自主規劃路線，跟蹤拍攝竊賊并報警，采集農作物、牲畜信息。AI機器人搭載的核心CPU模塊（目前應用的是STM32模塊），可以按照農戶的指令進行工作，采用雙軸云臺設計，如圖3所示，搭載3種不同的攝像頭，以保證機器人視覺系統運作的穩定性和靈活性。利用機器人的視覺系統，如圖4所示，可以處理采集到的信息，識別農作物、牲畜或行人，自主學習、自主規劃路線并不斷優化。機器人一旦發現農作物、牲畜有異樣，就會進行相應的處理和報警。該AI機器人可記錄牲畜數量，一旦發現數量減少可立即報警;若發現有可疑人員，可對其跟蹤拍攝并預警，聯系農場主，實現人機實時交互功能。

沒有任務待命時，AI機器人可自主聯網學習養殖前沿知識，每天為農戶推薦養殖知識、最新信息，實現人機共同進步。

3 結語

本文通過對應用于農業、畜牧業的AI機器人項目進行可行性研究，完成了AI機器人系統設計，該AI機器人可以實現牲畜喂養、牲畜看管、農田防盜、牲畜信息收集處理、與農戶進行信息交互等功能，為促進農業、畜牧業的科學生產提供了解決方案。隨著我國市場對農業、畜牧業產品的需求量不斷增大，本項目研究設計的AI機器人可以替代人工，大幅解放人力，降低糧食、肉類成本，在農業、畜牧業擁有廣闊的市場應用前景。

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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：數字信號處理。