智能機器人在農業自動化領域的應用

張華瑾 郭山國 杜海彬 張長軍

(河北機電職業技術學院，河北 邢臺 054000)

1 農業自動化的簡要分析

1.1 農業自動化的分類

1.1.1 現有農業裝置基礎上進行自動化改造

在現有農業裝置設備基礎之上進行自動化改造，是實現農業自動化的第一步，也是基礎步驟。對正在適用的農業裝置和設備進行自動化改造可以在很大程度上提升農業機械設備的操作性能和作業效率，而且也可以在一定程度上有效控制自動化的改造成本，節省人力及物力資源，降低農民的勞作負擔。

1.1.2 現有農業機械基礎上實現無人自動操作

無人自動操作是農業自動化的重要標志之一?，F有農業機械基礎之上實現無人自動化操作，可有效克服人工操作的弊端，突破人力的局限，諸如一些危險性比較高或者長期重復操作的作業便可以交由自動化技術來完成，其可以借助當前先進的計算機或者無線遙控等技術來遠程操控各類機械設備，同時還能夠有效提升設備操作的精準度。

1.1.3 農業智能機器人

農業智能機器人，從本質上講，還是借助各種先進的科學技術以及程序軟件來進行控制和執行操作指令的一種形式。智能機器人可有效感知周邊環境的變化，也可及時采集農作物的生長信息，對農作物的發展走向及時做出準確辨別和判斷等等。農業智能機器人未來將會成為農業自動化領域中最具影響力的技術之一，其將慢慢取代傳統人工來繼續完成各項農業作業。

1.2 農業自動化的體現

1.2.1 信息自動化

農業自動化之信息自動化是建立在計算機網絡信息平臺基礎之上的一項自動化內容，信息自動化即實現了農業生產數據的共享化，建立起農業信息處理數據庫來實現對農業以及農產品信息以及數據的高效管理，提升具體管理質量和水平。

1.2.2 生產自動化

生產自動化，即從原材料的選擇到加工再到生產都可實現自動化，這樣一來便可在一定程度上有效縮減生產成本，降低對人力資源的依賴性，與此同時提升實際生產效率。

1.2.3 機械設備自動化

機械設備自動化，即實現設備的自動控制，不再需要人力資源的全程把控。機械設備自動化不僅僅可以幫助農民執行生產和操作任務，而且其伴隨著專業科技水平的提升，有越來越多的機械設備都實現了自行檢測，自己檢測出問題，自行進行優化和處理。

1.2.4 物流自動化

在自動化物流環節，借助運輸的自動化性能，為機械制造提供便捷，同時降低整體的生產成本。

2 智能機器人的概述

在現代農業領域中，智能機器人的設計主要包括信息的自主采集、信息的高效處理和科學自主的邏輯判斷等功能內容，為進一步實現農業自動化領域用智能機器人，需要科學地對智能機器人的識別能力、避障能力等進行深入研究，并且要對技術成本做出更高規格和標準的控制。

目前來說，農業自動化領域所使用的智能機器人，研究和關注的技術重點主要體現在以下幾個方面：

(1)目標探測和定位。目標的探測和定位，指的便是智能機器人的視覺技術，即依靠視覺技術來高效識別需要作業的目標，然后按照既定的標準和要求來精準完成好作業任務，保證作業質量。

(2)自動導航和避障。在農業自動化領域當中，一般智能機器人是需要持續作業和靈活作業的，所以智能機器人必須要具備高水平的自動導航和避障功能。要保證對地圖匹配技術、GPS定位技術進行科學合理地應用，確保智能機器人在實際作業過程中能夠合理躲避各種各樣的障礙物，實現連續作業和靈活作業的效果，提升運行質量。

(3)手臂抓取和形態控制。智能機器人在參與農業生產作業的過程中必然會涉及到一些農作物的抓取和控制動作，如果智能機器人在手臂抓取和形態控制方面的技術研究并不是很精準，那么其很容易造成農作物的損傷，進而影響到農作物的產量。

(4)信息融合。智能機器人在具體應用過程中必然要對農業生產環境的基本情況作出全面的分析，要整合各種傳感器所采集到的數據信息資源，以此為基礎來進行邏輯層面的判斷。智能機器人需要針對不同的環境來隨時進行信息的收集、融合、分析以及處理，以此來確保智能機器人的應用效果。

3 當前智能機器人在農業自動化領域中的具體應用分析

3.1 在農作物采摘方面的應用

根據采摘的農作物的不同種類，我們一般會安排不同的采摘機器人來進行采摘。

以采摘西紅柿這一農產品為例，采摘西紅柿的智能機器人主要有執行裝置、視覺檢測裝置以及操作臂3個部分組合而成。在這些構成元件當中，視覺檢測裝置上會安裝彩色攝像裝置，進而對成熟和未成熟的西紅柿進行區分，而且采摘西紅柿的智能機器人手臂設計會比較長，因此，它的操作范圍會更加廣泛一些，此外通過視覺檢測裝置也可對障礙物進行有效偵查并及時避開障礙物。還有，目前所使用的用于采摘西紅柿的智能機器人都會在端部執行裝置當中設置柔軟襯里，里面也會安裝壓力傳感裝置，這樣便可以有效避免損壞西紅柿情況的發生。

再以采摘蘋果為例，一般采摘蘋果的智能機器人都會設定一個較為固定的尺寸，比如將采摘的空間設置在5 m2左右。采摘蘋果的智能機器人是由3個旋轉關節和一個移動關節組合而成的，執行機構是帶有壓力設備的三針引腳。采摘蘋果的智能機器人判斷蘋果是否成熟主要是依靠電光傳感設備來完成的，現階段采摘蘋果的智能機器人在辨別蘋果成熟度方面的準確性可達90%以上。

下面是關于采摘類機器人的操作流程示意圖，其流程是：(1)將傳感器和紅外遙控器采集到的信號都輸入到主控制板當中；(2)主控制板對所接受的信息進行妥善處理之后輸出控制三自由度機械臂和履帶底盤結構的機器人，用紅外遙控機械臂來抓取果實。

采摘機器人操作流程圖

3.2 在農作物嫁接中的應用

嫁接是農作物生長過程中需要使用到的一項核心技術，近些年伴隨著嫁接技術的發展，有越來越多建立在嫁接技術基礎之上的新品種在市場上面出現開來，為農作物發展開辟了全新的思路和空間。關于農作物嫁接方面的智能機器人，目前使用范圍最廣、使用頻率最高的智能機器人之一是日本的TGR嫁接技術研究院研發的一款專門用于各類作物執行嫁接工作的智能機器人。對于農作物而言，嫁接一般會經歷切割、連接以及揀選3個主要過程。嫁接類的智能機器人采用的是全自動模式，也就是說從幼苗的挑選開始便已經實現了自動化，其可以自主對適合嫁接的幼苗進行檢測，如果發現有缺陷或者其它不合適的幼苗，智能機器人會直接將其排除在外，因此，由智能機器人完成嫁接工作的成功率是非常高的。

3.3 在噴涂農作物方面的應用

在噴涂農作物方面應用到的智能機器人，其成功融合了自動噴霧控制器、先進的儀表以及壓力設備等多種先進技術的優勢。一般情況下，在噴涂農作物方面使用到的智能機器人是依靠傳感器接收的電磁信息來開展作業的，其在噴藥的過程中，電流經過按照特定規則布好的電纜，并在其附近形成特定的電磁場。這樣一來，噴涂農作物的智能機器人便可以實現對農作物的全范圍噴灑，確保操作范圍內的所有農作物都可以接收到藥物的幫助。除此之外，噴涂農作物的智能機器人都會安裝一個超聲波傳感器和一個接觸感染系統，其不僅可以智能地判斷方向，判斷噴灑作業是否要進行拐彎或轉向，而且可以有效檢測周圍一定范圍內的情況，一旦發現周圍存在障礙物，便可以進行獨立停機噴灑。在與障礙物的接觸時，傳感器會自動發出警告信號并執行相應的保護措施，同時也可以人工手動按下位于機器人兩側的手動按鈕實現人工手動操作停止。

4 如何進一步推動智能機器人在農業自動化領域的廣泛應用

4.1 強化農業基礎設施和網絡服務平臺建設

(1)結合各村實際情況來加強農村信息基礎設施建設，確保寬帶和網絡的全覆蓋，為農業自動化領域順利應用智能機器人奠定堅實的基礎。(2)秉承一切從實際出發的原則來進一步健全和完善農業網絡服務平臺，借助網絡服務平臺的影響力來為智能機器人在農業自動化領域中的應用尋求更多的資源支持。

4.2 持續加大對智能機器人的研究力度

智能機器人雖然被廣泛應用在了農業自動化領域，并呈現出了較為理想的應用效果，但是，這并不意味著智能機器人技術就是足夠完美的，其的確還存在著非常大的上升空間。因此，相關部門要進一步加大對智能機器人的研發力度，在加大對農業專用芯片、傳感器等基礎元器件以及農業無人機、農業機器人等智能化設備研發應用的支持力度的同時，著力培養農業領域融合解決方案的相關科研人員，催生農業領域與人工智能交叉融合的優秀解決方法。

4.3 更新現代農民的思想觀念，培養新型農民

我國農業要想獲得更多的發展成果，實現進一步的創新和升級，其在依靠先進科學技術的同時還需要高度關注起廣大農民的實際情況，要意識到只有廣大農民接受和應用了新的技術才能夠從根本上推動現代農業的可持續發展，農業自動化才算真正擁有了廣闊的市場。所以，相關部門在推廣和普及智能機器人的過程中也要逐步滲透和傳遞先進的農業生產理念和管理方式，要從根源上去轉變農民的思想意識，讓他們從內心深處去真正接受新知識、新技術和新理念。

5 結語

綜上所述，智能機器人只是眾多智能技術中的核心代表，以智能機器人為代表的自動化技術才是推動我國農業現代化的重要力量。在農業自動化發展過程中，一定要給予這些先進技術足夠的重視和支持，要將先進技術的價值落到實處。