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)機械發(fā)展越來越成熟，已經(jīng)能夠滿足智能農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的相關(guān)技術(shù)條件。農(nóng)業(yè)機械的快速發(fā)展能夠有效解放勞動力，擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展水平。在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域中應(yīng)用智能機器人具有積極的作用。但是需要注意了解當前智能機器人在發(fā)展中的困境，才能有效推動智能機器人在農(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 當前智能機器人在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用困境

目前，農(nóng)業(yè)智能化機器人的應(yīng)用困境主要表現(xiàn)在以下方面：1）農(nóng)業(yè)機器人的智能化水平相對較低。當前農(nóng)業(yè)機器人雖然具備一定的應(yīng)用功能，但是因為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不標準，統(tǒng)一性不高，生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性比較強，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機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)機器人。因此，會在一定程度上增加我國農(nóng)業(yè)機器人的研發(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)機器人不能全程獨立完成，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)機器人的應(yīng)用效率，不能充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用潛能。2）農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用成本比較高。因為當前農(nóng)業(yè)機器人生產(chǎn)制造水平相對較低，特別是農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)成本比較高，會在一定程度上增加智能機器人的生產(chǎn)成本。在智能機器人應(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，因為季節(jié)性比較明顯，會影響智能機器人的利用效率，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)機器人。畜牧機器人在應(yīng)用中面對的主要對象是動物，對各種功能要求更加精準和嚴格。并且畜牧養(yǎng)殖中的養(yǎng)殖污染會在一定程度上損壞機器人元部件，一些體積比較大的動物也會攻擊機器人，導(dǎo)致畜牧機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)智能機器人類型

2.1 嫁接機器人

嫁接機器人在農(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)研究了嫁接機器人。這種機器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以進行切割、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。其嫁接效率達到98%左右。現(xiàn)階段，我國很多高等院校以及科研院所加大了對嫁接機器人的研究力度，推動了我國嫁接機器人技術(shù)的發(fā)展。

2.2 育苗機器人

育苗機器人也是農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域中對智能化機器人進行應(yīng)用的主要類型之一。育苗機器人在運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。育苗機器人主要由自由度工業(yè)智能機器人以及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際位置。在運行時，傳感系統(tǒng)可以防止育苗機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 除草機器人

在農(nóng)業(yè)除草過程中，對智能化機器人進行應(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。對除草機器人進行設(shè)計時，需要充分發(fā)揮雷達裝置的作用，可以利用無人駕駛電子設(shè)備到達除草區(qū)后，傳感器獲取雜草所在位置的信號數(shù)據(jù)，機械式除草機可以立即開啟。這樣能夠達到有效除草、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 采摘機器人

采摘機器人的應(yīng)用可以提高采摘效率。采摘機器人在設(shè)計時需要根據(jù)農(nóng)作物的具體特征完成設(shè)計工作，例如對土豆采摘機器人進行設(shè)計時，其工作方式與黃瓜采摘機器人存在一定差別。因為土豆是生長在土地里的，需要利用5個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機器手才能夠完成采摘作業(yè)。而對西紅柿等進行采摘時，需要加強機器人視覺監(jiān)控器的設(shè)計工作。在實際采摘過程中，西紅柿采摘機器人主要包括監(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的成熟狀況進行準確判斷。機器人在運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的完好性，防止出現(xiàn)損害果實的情況而產(chǎn)生浪費。特別是在西紅柿采摘過程中，機器人可以利用先進的傳感器以及反射裝置準確判斷果實的采摘時間。此外，在對蘋果進行采摘時，需要對機器人的采摘尺寸進行合理設(shè)計。一般情況下，蘋果采摘機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行判斷。在采摘機器人運行時，可以利用傳感器以及紅外遙控器獲取果實信號，并將所獲取的信號上傳到主控制板，對數(shù)據(jù)進行加工處理后，再將數(shù)據(jù)信息傳給采摘機器人的機械臂和履帶底盤，完成農(nóng)作物采摘工作。

2.5 噴涂機器人

智能噴涂機器人在應(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，使機器人在運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)作物進行準確定位，保證噴涂的精確性，防止浪費。在噴涂機器人運行時，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 畜牧機器人

畜牧機器人指的是在畜牧養(yǎng)殖過程中所使用的智能機器人。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)殖場對自動喂料機器人進行應(yīng)用，可以給豬帶上紅外線標識，自動喂料機器人可以根據(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到出欄要求，會自動進行分欄。而在奶牛養(yǎng)殖過程中對自動擠奶器進行應(yīng)用，可以識別奶牛，完成乳房掃描定位，并進行仿生擠奶。還可以對牛奶內(nèi)的脂肪、蛋白質(zhì)、糖分、溫度、電解質(zhì)指標等進行檢測，能夠準確掌握奶牛的體質(zhì)、泌乳量、擠奶時間等參數(shù)，有效降低奶牛的發(fā)病率[3]。

在當前的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中對智能機器人的應(yīng)用比較廣泛，主要是因為智能機器人的生產(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，促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的進一步發(fā)展有積極作用。

3 智能機器人在應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

為了發(fā)揮智能化農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用優(yōu)勢，需要了解在智能農(nóng)業(yè)機器人應(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)智能機器人應(yīng)用過程中，其系統(tǒng)導(dǎo)航定位、目標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)驗知識進行有效總結(jié)。這樣才能對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)信息進行綜合分析以及研究，為機器人的設(shè)計與研發(fā)提供良好的參考依據(jù)。在農(nóng)業(yè)智能機器人設(shè)計應(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，有利于擴展農(nóng)業(yè)智能化機器人的活動范圍，保證機器人在實際應(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)智能機器人應(yīng)用過程中，需要保證運行線路的準確性，同時要對被遮擋的處理目標進行有效規(guī)避。而在其他運行期間機器人也要有較強的感知功能，這是確保農(nóng)業(yè)機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)機器人進行設(shè)計研發(fā)時，要保證其具有良好的完成群體運動定位以及各種工作的能力?，F(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)智能機器人設(shè)計時，對GPS定位技術(shù)的應(yīng)用比較多，GPS技術(shù)可以提高機器人的定位精準度，保證農(nóng)業(yè)機器人運行線路的精準性。在設(shè)計過程中對路標檢測、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)智能機器人定位以及移動感知的準確性。3）需要對信息共享技術(shù)進行應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機器人運行時，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行處理后，及時將處理后的信息反饋給機器人操作端。這樣能夠根據(jù)工作環(huán)境的具體情況對機器人進行有效控制，提高機器人運行效果。

農(nóng)業(yè)智能機器人在應(yīng)用過程中感知的信息量比較豐富，能夠促進工作環(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)機器人設(shè)計中，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，在當前的農(nóng)業(yè)智能機器人研究過程中，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)機器人的研究與創(chuàng)新力度。使農(nóng)業(yè)機器人能夠充分適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用水平，推動我國農(nóng)業(yè)機器人的進一步發(fā)展。