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(jī)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(jī)器人的普及使用是農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的最高階段。自20世紀(jì)80年代開始,發(fā)達(dá)國家已開始研發(fā)及試用農(nóng)業(yè)機(jī)器人。我國在耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、苗類移栽機(jī)器人、采摘機(jī)器人等的研發(fā)方面取得了一定成果。但農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)器人那樣得到廣泛推廣。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人；智能化農(nóng)機(jī)；發(fā)展前景

1 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀

（1）發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)概況。發(fā)達(dá)國家對農(nóng)業(yè)機(jī)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)?；⒍鄻踊?、精確化和設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，有效地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)器人與其他智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。自20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)國家根據(jù)本國實(shí)際，紛紛開始農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)，并相繼研制出了嫁接機(jī)器人、扦插機(jī)器人、移栽機(jī)器人和采摘機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人。如澳大利亞的剪羊毛機(jī)器人，荷蘭的擠奶機(jī)器人，法國的耕地和分揀機(jī)器人，日本和韓國的插秧機(jī)器人，丹麥的農(nóng)田除草機(jī)器人，西班牙的采摘柑橘機(jī)器人，英國的采蘑菇機(jī)器人等。總體看來，在農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)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(dá)國家已研發(fā)成功的農(nóng)業(yè)機(jī)器人目前尚未實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)和大面積普及。

（2）國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究概況。20世紀(jì)90年代中期,我國開始了農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)，由于起晚，與發(fā)達(dá)國家相比差距明顯,農(nóng)業(yè)機(jī)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(jì)的快速發(fā)展，尤其是國家不斷加大農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展扶持力度，中國農(nóng)機(jī)化事業(yè)進(jìn)入了前所未有的良好發(fā)展時(shí)期，也為農(nóng)業(yè)機(jī)器人提供了良好發(fā)展機(jī)遇，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的先進(jìn)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(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、收割機(jī)器人、采摘機(jī)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(jī)器人、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的果蔬秧苗嫁接機(jī)器人、東北林業(yè)大學(xué)研制的林木球果采集機(jī)器人和伐根清理機(jī)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(jī)器人等已取得一定成果。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

（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(shí)間和空間的變化而變化，農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人一般是作業(yè)、移動同時(shí)進(jìn)行，且其行走路線不是連接起點(diǎn)和終點(diǎn)的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個(gè)田間表面等特點(diǎn)。

（4）操作對象和價(jià)格的特殊性。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的操作者農(nóng)民，并不具備較高的機(jī)械電子知識水平，因此農(nóng)業(yè)機(jī)器人還必須具備非常高的可靠性和操作簡單的特點(diǎn)。另外農(nóng)業(yè)機(jī)器人是以個(gè)體農(nóng)民經(jīng)營為主，如果不具備價(jià)格優(yōu)勢，就很難得到普及應(yīng)用。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展存在的主要問題

（1）農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)要求農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)械部分轉(zhuǎn)向機(jī)器視覺、人工智能方面，力圖解決農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人單獨(dú)完成。農(nóng)業(yè)機(jī)器人沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)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(jī)器人的成本過高問題。目前研制出來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人大都只針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)某一環(huán)節(jié)的某一項(xiàng)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(jī)器人的使用效率低，間接地增加了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本。其性價(jià)比不能滿足市場的需要，成為制約農(nóng)業(yè)機(jī)器人商業(yè)化和進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。

（3）機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)圖像處理的機(jī)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(jī)器人采集信息的時(shí)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(jī)器人仍然沒有達(dá)到普及和實(shí)用的階段。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機(jī)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(gè)國家或地區(qū)的科學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，應(yīng)當(dāng)引起重視。中國與發(fā)達(dá)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(jī)械化發(fā)展已成為中國當(dāng)前和今后相當(dāng)長時(shí)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(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的扶持力度。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)，早已成為發(fā)達(dá)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(yán)重和國家不斷加大對農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的扶持力度，農(nóng)業(yè)機(jī)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)。