農(nóng)業(yè)機器人的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

楊萍萍，黃曉詩，邊曉蓉

（成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川 成都 610059）

農(nóng)業(yè)機器人的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

楊萍萍，黃曉詩，邊曉蓉

（成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川 成都 610059）

農(nóng)業(yè)機器人的普及使用是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的最高階段。自20世紀80年代開始,發(fā)達國家已開始研發(fā)及試用農(nóng)業(yè)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(fā)方面取得了一定成果。但農(nóng)業(yè)機器人由于開發(fā)難度大、使用成本高、作業(yè)環(huán)境特殊等原因,還不能象工業(yè)機器人那樣得到廣泛推廣。

農(nóng)業(yè)機器人；智能化農(nóng)機；發(fā)展前景

1 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機器人研究現(xiàn)狀

（1）發(fā)達國家農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)概況。發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)機器人的研制起步早、投資大、發(fā)展快，這些國家農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、多樣化、精確化和設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，有效地促進了農(nóng)業(yè)機器人與其他智能化農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展。自20世紀80年代開始，發(fā)達國家根據(jù)本國實際，紛紛開始農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)，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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)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(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)方面，日本居世界領(lǐng)先地位，現(xiàn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機器人。但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、作業(yè)對象及使用者等與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域截然不同，發(fā)達國家已研發(fā)成功的農(nóng)業(yè)機器人目前尚未實現(xiàn)商品化生產(chǎn)和大面積普及。

（2）國內(nèi)農(nóng)業(yè)機器人的研究概況。20世紀90年代中期,我國開始了農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的研發(fā)，由于起晚，與發(fā)達國家相比差距明顯,農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用和發(fā)展還面臨觀念和技術(shù)兩方面的挑戰(zhàn)。但隨著中國科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展，尤其是國家不斷加大農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展扶持力度，中國農(nóng)機化事業(yè)進入了前所未有的良好發(fā)展時期，也為農(nóng)業(yè)機器人提供了良好發(fā)展機遇，農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的先進性和先導(dǎo)性決定了其必將成為未來中國農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備研發(fā)的重要內(nèi)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(fā)。此外，東北林業(yè)大學(xué)研制出林木球果采摘機器人、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的果蔬秧苗嫁接機器人、東北林業(yè)大學(xué)研制的林木球果采集機器人和伐根清理機器人、吉林工業(yè)大學(xué)與吉林農(nóng)業(yè)研究所聯(lián)合研制的除草機器人等已取得一定成果。

2 農(nóng)業(yè)機器人的特點

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

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

（3）作業(yè)動作的復(fù)雜性。農(nóng)業(yè)機器人一般是作業(yè)、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(nóng)業(yè)機器人的操作者農(nóng)民，并不具備較高的機械電子知識水平，因此農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)機器人是以個體農(nóng)民經(jīng)營為主，如果不具備價格優(yōu)勢，就很難得到普及應(yīng)用。

3 農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展存在的主要問題

（1）農(nóng)業(yè)機器人的智能問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點要求農(nóng)業(yè)機器人具有相當(dāng)?shù)闹悄芎腿嵝陨a(chǎn)能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)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(zhuǎn)向機器視覺、人工智能方面，力圖解決農(nóng)業(yè)機器人的智能問題。技術(shù)上在自動導(dǎo)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(tǒng)的發(fā)展還不夠完善，農(nóng)業(yè)機器人的智能程度還不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，很多任務(wù)無法由農(nóng)業(yè)機器人單獨完成。農(nóng)業(yè)機器人沒有實現(xiàn)實際意義上的智能化、自主化，缺乏學(xué)習(xí)、應(yīng)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(nóng)業(yè)機器人的成本過高問題。目前研制出來的農(nóng)業(yè)機器人大都只針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)某一環(huán)節(jié)的某一項作業(yè)而言，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特征之一是季節(jié)性，造成了農(nóng)業(yè)機器人的使用效率低，間接地增加了農(nóng)業(yè)機器人的成本。其性價比不能滿足市場的需要，成為制約農(nóng)業(yè)機器人商業(yè)化和進一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。

（3）機器人對環(huán)境和作業(yè)對象的感知能力還很差。目前農(nóng)業(yè)機器人對環(huán)境識別的技術(shù)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(shù)，而采用多種方法并用、配備多種傳感器多信息融合的農(nóng)業(yè)環(huán)境感知的相對較少。這直接導(dǎo)致了在自然農(nóng)業(yè)環(huán)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(fā)的機器人仍然沒有達到普及和實用的階段。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展水平標(biāo)志著農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平，也代表著一個國家或地區(qū)的科學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展水平，應(yīng)當(dāng)引起重視。中國與發(fā)達國家的工業(yè)化差距正在日益縮小，而農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的差距還很大，加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展,尤其是加快農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展已成為中國當(dāng)前和今后相當(dāng)長時期內(nèi)的重要戰(zhàn)略任務(wù)，中央和各級政府正在不斷加大促進農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的扶持力度。農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)，早已成為發(fā)達國家科研的重要組成部分。隨著中國農(nóng)業(yè)勞動力結(jié)構(gòu)性短缺問題日趨嚴重和國家不斷加大對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的扶持力度，農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)必將成為中國未來農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備研發(fā)的重要內(nèi)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(nóng)業(yè)。