張華瑾 郭山國 杜海彬 張長軍

(河北機電職業(yè)技術學院，河北 邢臺 054000)

1 農(nóng)業(yè)自動化的簡要分析

1.1 農(nóng)業(yè)自動化的分類

1.1.1 現(xiàn)有農(nóng)業(yè)裝置基礎上進行自動化改造

在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)裝置設備基礎之上進行自動化改造，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化的第一步，也是基礎步驟。對正在適用的農(nóng)業(yè)裝置和設備進行自動化改造可以在很大程度上提升農(nóng)業(yè)機械設備的操作性能和作業(yè)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(jié)省人力及物力資源，降低農(nóng)民的勞作負擔。

1.1.2 現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械基礎上實現(xiàn)無人自動操作

無人自動操作是農(nóng)業(yè)自動化的重要標志之一?，F(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械基礎之上實現(xiàn)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(yè)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(nóng)業(yè)智能機器人

農(nóng)業(yè)智能機器人，從本質(zhì)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(zhí)行操作指令的一種形式。智能機器人可有效感知周邊環(huán)境的變化，也可及時采集農(nóng)作物的生長信息，對農(nóng)作物的發(fā)展走向及時做出準確辨別和判斷等等。農(nóng)業(yè)智能機器人未來將會成為農(nóng)業(yè)自動化領域中最具影響力的技術之一，其將慢慢取代傳統(tǒng)人工來繼續(xù)完成各項農(nóng)業(yè)作業(yè)。

1.2 農(nóng)業(yè)自動化的體現(xiàn)

1.2.1 信息自動化

農(nóng)業(yè)自動化之信息自動化是建立在計算機網(wǎng)絡信息平臺基礎之上的一項自動化內(nèi)容，信息自動化即實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的共享化，建立起農(nóng)業(yè)信息處理數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)以及農(nóng)產(chǎn)品信息以及數(shù)據(jù)的高效管理，提升具體管理質(zhì)量和水平。

1.2.2 生產(chǎn)自動化

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

1.2.3 機械設備自動化

機械設備自動化，即實現(xiàn)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(nóng)民執(zhí)行生產(chǎn)和操作任務，而且其伴隨著專業(yè)科技水平的提升，有越來越多的機械設備都實現(xiàn)了自行檢測，自己檢測出問題，自行進行優(yōu)化和處理。

1.2.4 物流自動化

在自動化物流環(huán)節(jié)，借助運輸?shù)淖詣踊阅?，為機械制造提供便捷，同時降低整體的生產(chǎn)成本。

2 智能機器人的概述

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(nèi)容，為進一步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)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(guī)格和標準的控制。

目前來說，農(nóng)業(yè)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(xiàn)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(yè)的目標，然后按照既定的標準和要求來精準完成好作業(yè)任務，保證作業(yè)質(zhì)量。

(2)自動導航和避障。在農(nóng)業(yè)自動化領域當中，一般智能機器人是需要持續(xù)作業(yè)和靈活作業(yè)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(yè)過程中能夠合理躲避各種各樣的障礙物，實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)和靈活作業(yè)的效果，提升運行質(zhì)量。

(3)手臂抓取和形態(tài)控制。智能機器人在參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的過程中必然會涉及到一些農(nóng)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(tài)控制方面的技術研究并不是很精準，那么其很容易造成農(nóng)作物的損傷，進而影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。

(4)信息融合。智能機器人在具體應用過程中必然要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)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(shù)據(jù)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(huán)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(nóng)業(yè)自動化領域中的具體應用分析

3.1 在農(nóng)作物采摘方面的應用

根據(jù)采摘的農(nóng)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(nóng)產(chǎn)品為例，采摘西紅柿的智能機器人主要有執(zhí)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(gòu)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(qū)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(zhí)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(fā)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(zhuǎn)關節(jié)和一個移動關節(jié)組合而成的，執(zhí)行機構(gòu)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(nóng)作物嫁接中的應用

嫁接是農(nóng)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(fā)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(xiàn)開來，為農(nóng)作物發(fā)展開辟了全新的思路和空間。關于農(nóng)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(fā)的一款專門用于各類作物執(zhí)行嫁接工作的智能機器人。對于農(nóng)作物而言，嫁接一般會經(jīng)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(jīng)實現(xiàn)了自動化，其可以自主對適合嫁接的幼苗進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)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(nóng)作物方面的應用

在噴涂農(nóng)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(yōu)勢。一般情況下，在噴涂農(nóng)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(yè)的，其在噴藥的過程中，電流經(jīng)過按照特定規(guī)則布好的電纜，并在其附近形成特定的電磁場。這樣一來，噴涂農(nóng)作物的智能機器人便可以實現(xiàn)對農(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，噴涂農(nóng)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(tǒng)，其不僅可以智能地判斷方向，判斷噴灑作業(yè)是否要進行拐彎或轉(zhuǎn)向，而且可以有效檢測周圍一定范圍內(nèi)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)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(fā)出警告信號并執(zhí)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(cè)的手動按鈕實現(xiàn)人工手動操作停止。

4 如何進一步推動智能機器人在農(nóng)業(yè)自動化領域的廣泛應用

4.1 強化農(nóng)業(yè)基礎設施和網(wǎng)絡服務平臺建設

(1)結(jié)合各村實際情況來加強農(nóng)村信息基礎設施建設，確保寬帶和網(wǎng)絡的全覆蓋，為農(nóng)業(yè)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(fā)的原則來進一步健全和完善農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡服務平臺，借助網(wǎng)絡服務平臺的影響力來為智能機器人在農(nóng)業(yè)自動化領域中的應用尋求更多的資源支持。

4.2 持續(xù)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(nóng)業(yè)自動化領域，并呈現(xiàn)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(fā)力度，在加大對農(nóng)業(yè)專用芯片、傳感器等基礎元器件以及農(nóng)業(yè)無人機、農(nóng)業(yè)機器人等智能化設備研發(fā)應用的支持力度的同時，著力培養(yǎng)農(nóng)業(yè)領域融合解決方案的相關科研人員，催生農(nóng)業(yè)領域與人工智能交叉融合的優(yōu)秀解決方法。

4.3 更新現(xiàn)代農(nóng)民的思想觀念，培養(yǎng)新型農(nóng)民

我國農(nóng)業(yè)要想獲得更多的發(fā)展成果，實現(xiàn)進一步的創(chuàng)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(nóng)民的實際情況，要意識到只有廣大農(nóng)民接受和應用了新的技術才能夠從根本上推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念和管理方式，要從根源上去轉(zhuǎn)變農(nóng)民的思想意識，讓他們從內(nèi)心深處去真正接受新知識、新技術和新理念。

5 結(jié)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(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要力量。在農(nóng)業(yè)自動化發(fā)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。