智能機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用分析*

金 何

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 六安 237000）

0 前言

隨著我國農(nóng)業(yè)水平的不斷提升，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展越來越成熟，已經(jīng)能夠滿足智能農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的相關(guān)技術(shù)條件。農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展能夠有效解放勞動力，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用智能機(jī)器人具有積極的作用。但是需要注意了解當(dāng)前智能機(jī)器人在發(fā)展中的困境，才能有效推動智能機(jī)器人在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，提高我國農(nóng)業(yè)自動化水平[1]。

1 當(dāng)前智能機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用困境

目前，農(nóng)業(yè)智能化機(jī)器人的應(yīng)用困境主要表現(xiàn)在以下方面：1）農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化水平相對較低。當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)器人雖然具備一定的應(yīng)用功能，但是因?yàn)槲覈霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一性不高，生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性比較強(qiáng)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)器人不能有效滿足不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的需求，在一定程度上影響農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用以及推廣。尤其是不同地區(qū)的氣候環(huán)境、地形地貌等差異比較大，很難研發(fā)出能夠適應(yīng)各種環(huán)境的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。因此，會在一定程度上增加我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)難度?，F(xiàn)階段，雖然在一些地區(qū)已經(jīng)對農(nóng)業(yè)機(jī)器人有所應(yīng)用，但是很多農(nóng)業(yè)作業(yè)的基本任務(wù)如果單純依靠農(nóng)業(yè)機(jī)器人不能全程獨(dú)立完成，仍然需要人工輔助作業(yè)。這會在一定程度上影響農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用效率，不能充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用潛能。2）農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用成本比較高。因?yàn)楫?dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)制造水平相對較低，特別是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)成本比較高，會在一定程度上增加智能機(jī)器人的生產(chǎn)成本。在智能機(jī)器人應(yīng)用過程中，僅是針對某一個特定領(lǐng)域或者某一種特定農(nóng)作物的應(yīng)用。而對農(nóng)業(yè)種植來說，因?yàn)榧竟?jié)性比較明顯，會影響智能機(jī)器人的利用效率，增加其使用成本，性價比比較低，導(dǎo)致很多農(nóng)民并不熱衷于應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)器人。畜牧機(jī)器人在應(yīng)用中面對的主要對象是動物，對各種功能要求更加精準(zhǔn)和嚴(yán)格。并且畜牧養(yǎng)殖中的養(yǎng)殖污染會在一定程度上損壞機(jī)器人元部件，一些體積比較大的動物也會攻擊機(jī)器人，導(dǎo)致畜牧機(jī)器人的使用壽命降低，也會使使用成本增加[2]。

2 我國農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人類型

2.1 嫁接機(jī)器人

嫁接機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)過程中的應(yīng)用比較普遍，最初是由日本開發(fā)研究的，隨后我國也開發(fā)研究了嫁接機(jī)器人。這種機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以進(jìn)行切割、接苗、揀選等操作，并且可以完成自動化控制，能夠有效識別缺陷幼苗，保證揀選作業(yè)的有效性。其嫁接效率達(dá)到98%左右?，F(xiàn)階段，我國很多高等院校以及科研院所加大了對嫁接機(jī)器人的研究力度，推動了我國嫁接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

2.2 育苗機(jī)器人

育苗機(jī)器人也是農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域中對智能化機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用的主要類型之一。育苗機(jī)器人在運(yùn)行過程中可以將幼苗從育苗盤內(nèi)轉(zhuǎn)移到栽植地中，還可以將600穴育苗盤內(nèi)的幼苗轉(zhuǎn)移到48穴育苗盤里。育苗機(jī)器人主要由自由度工業(yè)智能機(jī)器人以及SNS夾持設(shè)備構(gòu)成。在應(yīng)用過程中需要發(fā)揮視覺傳感設(shè)備的作用，才能明確定苗盤大小以及苗木的實(shí)際位置。在運(yùn)行時，傳感系統(tǒng)可以防止育苗機(jī)器人在夾持幼苗時損傷幼苗。如果育苗盤相鄰，每一個苗的移栽時間保持在2.5s～3.5s之內(nèi)，能夠在極大程度上提高育苗效率[2]。

2.3 除草機(jī)器人

在農(nóng)業(yè)除草過程中，對智能化機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用可以減少除草劑的使用，保證農(nóng)作物能夠健康生長，同時能夠提高除草效率。對除草機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要充分發(fā)揮雷達(dá)裝置的作用，可以利用無人駕駛電子設(shè)備到達(dá)除草區(qū)后，傳感器獲取雜草所在位置的信號數(shù)據(jù)，機(jī)械式除草機(jī)可以立即開啟。這樣能夠達(dá)到有效除草、精確除草目的，同時能夠保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的安全性。

2.4 采摘機(jī)器人

采摘機(jī)器人的應(yīng)用可以提高采摘效率。采摘機(jī)器人在設(shè)計(jì)時需要根據(jù)農(nóng)作物的具體特征完成設(shè)計(jì)工作，例如對土豆采摘機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時，其工作方式與黃瓜采摘機(jī)器人存在一定差別。因?yàn)橥炼故巧L在土地里的，需要利用5個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)器手才能夠完成采摘作業(yè)。而對西紅柿等進(jìn)行采摘時，需要加強(qiáng)機(jī)器人視覺監(jiān)控器的設(shè)計(jì)工作。在實(shí)際采摘過程中，西紅柿采摘機(jī)器人主要包括監(jiān)控器、操作臂以及執(zhí)行設(shè)備，其中彩色攝像視覺感受器主要是對果實(shí)的成熟狀況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。機(jī)器人在運(yùn)行時需要利用較長的操作臂避開障礙物，才能夠完成西紅柿采摘過程。采摘機(jī)器人的內(nèi)部會安裝有柔軟內(nèi)襯，保證在采摘過程中果實(shí)的完好性，防止出現(xiàn)損害果實(shí)的情況而產(chǎn)生浪費(fèi)。特別是在西紅柿采摘過程中，機(jī)器人可以利用先進(jìn)的傳感器以及反射裝置準(zhǔn)確判斷果實(shí)的采摘時間。此外，在對蘋果進(jìn)行采摘時，需要對機(jī)器人的采摘尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。一般情況下，蘋果采摘機(jī)器人主要包括三個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及一個移動關(guān)節(jié)，利用傳感器對蘋果的成熟狀況進(jìn)行判斷。在采摘機(jī)器人運(yùn)行時，可以利用傳感器以及紅外遙控器獲取果實(shí)信號，并將所獲取的信號上傳到主控制板，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后，再將數(shù)據(jù)信息傳給采摘機(jī)器人的機(jī)械臂和履帶底盤，完成農(nóng)作物采摘工作。

2.5 噴涂機(jī)器人

智能噴涂機(jī)器人在應(yīng)用時需要利用自動噴霧控制設(shè)備、壓力表盤以及儀表。這樣能夠做到有效噴涂，同時還可以根據(jù)農(nóng)作物的具體特征制定位置感應(yīng)電纜，使機(jī)器人在運(yùn)行過程中在附近周圍能夠形成特定磁場。這樣可以利用傳感器接收磁場的數(shù)據(jù)信息對所需要噴涂的農(nóng)作物進(jìn)行準(zhǔn)確定位，保證噴涂的精確性，防止浪費(fèi)。在噴涂機(jī)器人運(yùn)行時，還可以及時檢測周圍的情況，一旦遇到阻礙物可以及時轉(zhuǎn)移路線或者停止噴藥作業(yè)。

2.6 畜牧機(jī)器人

畜牧機(jī)器人指的是在畜牧養(yǎng)殖過程中所使用的智能機(jī)器人。畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要組成部分。在畜牧養(yǎng)殖過程中，對智能機(jī)器人應(yīng)用可以完成自動飼喂、自動消毒、自動揀蛋、自動清糞等作業(yè)。例如在豬養(yǎng)殖場對自動喂料機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用，可以給豬帶上紅外線標(biāo)識，自動喂料機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的程序，按照技術(shù)人員的要求定時定量完成飼料供給作業(yè)。同時可以記錄豬的采食時間、體重，一旦豬的體重能夠達(dá)到出欄要求，會自動進(jìn)行分欄。而在奶牛養(yǎng)殖過程中對自動擠奶器進(jìn)行應(yīng)用，可以識別奶牛，完成乳房掃描定位，并進(jìn)行仿生擠奶。還可以對牛奶內(nèi)的脂肪、蛋白質(zhì)、糖分、溫度、電解質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行檢測，能夠準(zhǔn)確掌握奶牛的體質(zhì)、泌乳量、擠奶時間等參數(shù)，有效降低奶牛的發(fā)病率[3]。

在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中對智能機(jī)器人的應(yīng)用比較廣泛，主要是因?yàn)橹悄軝C(jī)器人的生產(chǎn)效率比較高，能夠大大減輕人力勞動作業(yè)量，對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展有積極作用。

3 智能機(jī)器人在應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

為了發(fā)揮智能化農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢，需要了解在智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用過程中所使用的關(guān)鍵技術(shù)。一般情況下包含以下關(guān)鍵技術(shù)類型：1）數(shù)據(jù)結(jié)合技術(shù)。在農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人應(yīng)用過程中，其系統(tǒng)導(dǎo)航定位、目標(biāo)識別等的智能化水平相對較高。因此，對智能技術(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，同時要對傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)知識進(jìn)行有效總結(jié)。這樣才能對農(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)智能機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中對數(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，保證測量空間緯度的有效性，有利于擴(kuò)展農(nóng)業(yè)智能化機(jī)器人的活動范圍，保證機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過程中操作系統(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）線路規(guī)劃與導(dǎo)航技術(shù)。在農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人應(yīng)用過程中，需要保證運(yùn)行線路的準(zhǔn)確性，同時要對被遮擋的處理目標(biāo)進(jìn)行有效規(guī)避。而在其他運(yùn)行期間機(jī)器人也要有較強(qiáng)的感知功能，這是確保農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠順利完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)的重要基礎(chǔ)。在對農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)時，要保證其具有良好的完成群體運(yùn)動定位以及各種工作的能力?，F(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人設(shè)計(jì)時，對GPS定位技術(shù)的應(yīng)用比較多，GPS技術(shù)可以提高機(jī)器人的定位精準(zhǔn)度，保證農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)行線路的精準(zhǔn)性。在設(shè)計(jì)過程中對路標(biāo)檢測、陀螺儀、CCD攝像設(shè)備以及地圖等信息檢測方法的應(yīng)用也比較普遍，能夠有效提高農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人定位以及移動感知的準(zhǔn)確性。3）需要對信息共享技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時，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，主控制裝置對信息進(jìn)行處理后，及時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)智能機(jī)器人在應(yīng)用過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)器人對不同環(huán)境的適應(yīng)性。目前，在分布式以及分散式農(nóng)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中，對線路規(guī)劃和導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用更加普遍[4]。

4 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人研究過程中，需要根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不同特征，加大對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究與創(chuàng)新力度。使農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠充分適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用水平，推動我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。