農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

趙慶江

摘要：農(nóng)業(yè)機(jī)械和智能機(jī)械在農(nóng)產(chǎn)品種植加工中的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的高度結(jié)合，這不但降低了人的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，而且促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和推廣。本文先探討了農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，列舉了采摘機(jī)器人、嫁接機(jī)器人和藥液噴灑機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀，然后對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，最后對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)器人;農(nóng)業(yè)自動(dòng)化;應(yīng)用

1農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1農(nóng)業(yè)機(jī)器人在采摘作物方面的應(yīng)用

首先，專(zhuān)業(yè)采摘西紅柿的機(jī)器人，其主要是由執(zhí)行裝置，操作臂和視覺(jué)檢測(cè)裝置組成[1]。其中的彩色攝像裝置用于視覺(jué)檢測(cè)來(lái)選擇成熟的果實(shí)。由于機(jī)器人的手臂設(shè)計(jì)的很長(zhǎng)，所以可操作的范圍比較廣，因而它可以有效的避開(kāi)障礙物。同時(shí)，為了避免機(jī)器人在采摘過(guò)程中損壞果實(shí)，機(jī)器人的端部的執(zhí)行裝置還設(shè)置有柔軟的襯里，并且安裝有相應(yīng)的壓力傳感裝置，使得機(jī)器人能夠高效的采摘西紅柿。在采摘過(guò)程中，機(jī)器人根據(jù)光傳感器和反射器，可以自動(dòng)確定西紅柿的采摘時(shí)間，西紅柿的采摘時(shí)間持續(xù)大約1.5s左右，采摘的成功率約為80%。其次，蘋(píng)果的采摘。采摘蘋(píng)果的機(jī)器人是有一個(gè)大約固定的設(shè)計(jì)尺寸的，其采摘的空間大約為5m2，主要是由1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成。這種機(jī)器人通過(guò)電光傳感設(shè)備來(lái)識(shí)別果實(shí)是否成熟，其辨別成功率在88%左右。并且，這種農(nóng)業(yè)機(jī)器人還安裝了果實(shí)的收集裝置，不僅減少了水果的采摘損傷，還使得水果從采摘到售賣(mài)的時(shí)間間隔大大減小，保持了蘋(píng)果的新鮮度[1]。采摘機(jī)器人的操作流程如圖1所示。

1.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人在作物嫁接方面的應(yīng)用

農(nóng)作物嫁接方面的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，目前使用范圍最廣、使用頻率最高的農(nóng)業(yè)機(jī)器人之一是日本的TGR嫁接技術(shù)研究院研發(fā)的一款專(zhuān)門(mén)用于各類(lèi)作物執(zhí)行嫁接工作的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。對(duì)于農(nóng)作物而言，嫁接一般會(huì)經(jīng)歷切割、連接以及揀選3個(gè)主要過(guò)程。嫁接類(lèi)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人采用的是全自動(dòng)模式，也就是說(shuō)從幼苗的挑選，開(kāi)始便已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，其可以自主對(duì)適合嫁接的幼苗進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)有缺陷或者其它不合適的幼苗，農(nóng)業(yè)機(jī)器人會(huì)直接將其排除在外，因此，由農(nóng)業(yè)機(jī)器人完成嫁接工作的成功率是非常高的[2]。

1.3農(nóng)業(yè)機(jī)器人對(duì)作物噴灑方面的應(yīng)用

一般情況下，在噴灑農(nóng)作物方面使用到的農(nóng)業(yè)機(jī)器人是依靠傳感器接收的電磁信息來(lái)開(kāi)展作業(yè)的，其在噴藥的過(guò)程中，電流需要經(jīng)過(guò)按照特定規(guī)則布好的電纜，并在其附近形成特定的電磁場(chǎng)。這樣一來(lái)，噴灑農(nóng)作物的農(nóng)業(yè)機(jī)器人便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的全范圍噴灑，確保操作范圍內(nèi)的所有農(nóng)作物都可以接收到藥物的幫助。除此之外，噴灑農(nóng)作物的農(nóng)業(yè)機(jī)器人都會(huì)安裝一個(gè)超聲波傳感器和一個(gè)接觸感染系統(tǒng)，其不僅可以智能地判斷方向，判斷噴灑作業(yè)是否要進(jìn)行拐彎或轉(zhuǎn)向，而且可以有效檢測(cè)周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)周?chē)嬖谡系K物，就會(huì)停機(jī)噴灑。在與障礙物的接觸時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)也可以人工手動(dòng)按下位于機(jī)器人兩側(cè)的手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)操作停止。

2農(nóng)業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)結(jié)合技術(shù)

在農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用過(guò)程中，，其系統(tǒng)導(dǎo)航定位、目標(biāo)識(shí)別等的智能化水平相對(duì)較高。因此，對(duì)智能技術(shù)要求比較嚴(yán)格。在這種情況下需要充分收集各種傳感信息，同時(shí)要對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行有效總結(jié)。這樣才能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析以及研究，為機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供良好的參考依據(jù)。在農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)合技術(shù)以及信息化技術(shù)的應(yīng)用可以快速提高系統(tǒng)分辨率以及穩(wěn)定性，提高測(cè)量空間維度，有利于擴(kuò)展農(nóng)業(yè)智能化機(jī)器人的活動(dòng)范圍，保證機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中操作系統(tǒng)可以充分適應(yīng)不同的環(huán)境條件，從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用水平。

2.2線路規(guī)劃與導(dǎo)航技術(shù)

農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行與工作期間，通常需要對(duì)自身的運(yùn)行線路、被遮擋的處理目標(biāo)以及其他運(yùn)行期間的機(jī)器人等進(jìn)行全面良好的感知，這也是農(nóng)業(yè)機(jī)器人良好完成群體運(yùn)動(dòng)、定位以及各種工作的主要前提。現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用GPS定位技術(shù)，使得定位精準(zhǔn)度在厘米級(jí)別，同時(shí)在路標(biāo)檢測(cè)、陀螺儀、CCD攝像設(shè)備以及地圖等信息檢測(cè)方法的運(yùn)用，也使得農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作環(huán)境定位以及移動(dòng)感知等信息具有較強(qiáng)的共享性質(zhì)。CCD攝像設(shè)備與定位感知系統(tǒng)的迭代計(jì)算量雖然相對(duì)較大，但其感知信息量也較為豐富，可有效促進(jìn)工作環(huán)境的完善，進(jìn)而促進(jìn)設(shè)備硬件成本的降低，可在各種工作環(huán)境中進(jìn)行使用。

2.3信息共享技術(shù)

在農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，攝像設(shè)備以及定位感知系統(tǒng)可以感知農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的具體情況，并將感知到的信息上傳到主控制裝置，主控制裝置對(duì)信息進(jìn)行處理后，及時(shí)將處理后的信息反饋給機(jī)器人操作端。這樣能夠根據(jù)工作環(huán)境的具體情況對(duì)機(jī)器人進(jìn)行有效控制，提高機(jī)器人運(yùn)行效果。農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程中感知的信息量比較豐富，能夠促進(jìn)工作環(huán)境的完善發(fā)展，有利于降低設(shè)備硬件成本，提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。

3農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景

現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能化的不斷發(fā)展進(jìn)步，農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的出現(xiàn)，極大地解放了人類(lèi)勞動(dòng)力，是農(nóng)業(yè)技術(shù)上的一大突破，有利于我國(guó)農(nóng)業(yè)方面的大面積種植管理措施[3]。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，也對(duì)農(nóng)業(yè)方面增加了許多無(wú)形的壓力，社會(huì)的進(jìn)步也需要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的加強(qiáng)配合。由此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、勞動(dòng)效率等都需要隨之提高。受這種社會(huì)氛圍的影響，智能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人隨之出現(xiàn)，輔助我國(guó)農(nóng)業(yè)方面更好的發(fā)展生產(chǎn)。另外科技的飛速發(fā)展可以減少農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用成本，而使用性能卻可以不斷提升，因此農(nóng)業(yè)不斷智能化的發(fā)展可以為我國(guó)社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其發(fā)展前景也是廣闊深遠(yuǎn)的。在不久的將來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模和模式一定會(huì)發(fā)生極大改革變化，對(duì)農(nóng)業(yè)智能化操作規(guī)范提出更高的要求。農(nóng)業(yè)智能化機(jī)械化的加快將會(huì)極大縮減農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需勞動(dòng)力數(shù)量，而所需勞動(dòng)力的文化素質(zhì)也會(huì)提出更高的要求，以此促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展改革。

4結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，全球人口數(shù)量激增，給食品安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為了滿(mǎn)足全球?qū)Z食高產(chǎn)、低價(jià)和高質(zhì)的要求，改善和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)技術(shù)就變得更為迫切，而智能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人是解決這些問(wèn)題的技術(shù)之一。通過(guò)監(jiān)控土壤情況、莊稼性狀、具體收割、機(jī)械除草從而生產(chǎn)出更多的糧食。使用成功的小型專(zhuān)業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人代替現(xiàn)在的收割機(jī)，能降低土地緊實(shí)度從而達(dá)到節(jié)省能源的目的。這些不僅能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約成本，而且更能生產(chǎn)出更加安全的糧食，提高生產(chǎn)效率，在農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化領(lǐng)域上，農(nóng)業(yè)機(jī)器人不僅能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，也能大大降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用范圍也將變得更加寬廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海楠，弋景剛，張秀花.番茄采摘機(jī)器人識(shí)別與定位技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2020，41（5）：188-196.

[2]張凱良，褚佳，張鐵中，尹權(quán)，孔艷山，劉展.蔬菜自動(dòng)嫁接技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（3）：1-13.

[3]朱強(qiáng)，王愷鈿，梁佳睿，李江，趙旅城.人工智能技術(shù)在湘西地區(qū)農(nóng)業(yè)運(yùn)用的研究分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2019，39（11）：14-15.

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