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1、机器人 在农业上的 应用 农业机器人 农业机器人是机器人在农业生产中的运用，是一种 可由不同程序软件控制,以适应各种作业,能感觉并 适应作物种类或环境变化,有检测(如视觉等)和演算 等人工智能的新一代无人自动操作机械。区别于工 业机器人，是一种新型多功能农业机械。农业机器 人的广泛应用，改变了传统的农业劳动方式降低了 农民的劳动力，促进了现代农业的发展。 农业机器人的应用现状 行走式 农业机器人 自行走 耕作机器人 施肥机器人 除草机器人 水田管理 作业机器人 收获及管理 作业机器人 机械手式 农业机器人 嫁接机器人采摘机器人 种植机器人育苗机器人 农业机器人的应用现状 禾苗种植机器人 盆栽种
2、植机器人 植草机器人 葡萄藤种植机器人 植树机器人 农业机器人的应用现状 授粉机器人 挤奶机器人 施肥机器人除草机器人 石榴采摘机器人 农业机器人的研究现状 国外研究现状 由于经济上和技术上的特殊性，机器人在农业方面的应用相对比较滞后。自20世纪80年代起， 以日本为代表的发达国家开始研制农业机器人。2011年，日本农研机构和涉谷精机联合研制了草莓采 摘机器人。该机器人由CCD 摄像头、LED 照明灯、采果手以及机械臂构成。首先利用CCD摄像头测量 草莓的位置和成熟情况，然后利用安装在机械臂顶端具备根据果梗的倾斜度调整角度功能的采果手采 摘草莓。以采摘机器人为代表的农业机器人可以提高生产效率，
3、减轻农民的负担，在未来将会有较大 的发展空间。 草莓采摘机器人 农业机器人的研究现状 国外研究现状 最近，北欧科学家研发出了可用于除草的农业机器人，不但减少农民的劳动，而且还最大程度 上减少化学除草剂的用量。该除草机器人由锂电池提供动力，外形跟普通农机很像。机器人通过高清 摄像头来扫描农田情况，通过多种不同的描述参数来识别杂草的高矮等外部特征，并通过全球定位系 统来定位杂草的位置。但杂草和庄稼的区分率并不是特别理想，还需要更多的研究。 除草机器人 农业机器人的研究现状 国外研究现状 韩国科学家研发的苹果采摘机器人具有4个自由度的机械手，其中3个为旋转机构与1个移动机构 ，具有3m的工作空间。末
4、端采用3指夹持器，为避免损伤苹果，采摘机器人同时配有压力传感器。利 用CCD摄像头与光电传感器识别苹果，并在执行器下方安装收集袋，减少了苹果摘取存放的时间，加 快了采摘速度。该采摘机器人对苹果识别的准确率达到83%，正常工作情况下采摘速度为6个/s。 苹果采摘机器人 农业机器人的研究现状 国外研究现状 英国科学家成功研制出能够测量蘑菇位置、大小，并进行修剪的蘑菇采摘机器人。该机器人具有 2个气动机构与1个电机旋转机构组成了其机械手; 为了避免蘑菇损伤，夹持器带有软垫; 机器人由 CCD摄像头作为图像传感器，用来确定蘑菇的大小及位置。该采摘机器人的采摘速度为6 - 7 个/s， 而识别准确度为7
5、3%，通过图像信息来调整机械手姿态是提高采摘成功率的关键。 蘑菇采摘机器人 农业机器人的研究现状 国内研究现状 我国对机器人的研究起步较晚。农业机器人是机器人应用的一个重要分支， 由于我国长期以来形成的农业习惯以及文化水平的限制，我们国家的农业机器人 发展较晚，与世界发达国家相比还有很大的差距。“十一五”以来，随着国家的不 断重视以及有政策的大力扶持，我国的农业机械化得到了快速发展，农业机器人 及智能化农业装备以高效率、高精度、低强度、低能耗和环境友好为特点，显示 了广阔的应用前景。 目前，国内农业机器人主要有蔬菜采摘机器人、水果分选机器人、嫁接机器 人和农业生产机器人。当前我国对于农业机器人
6、的研究还处在基础阶段。 农业机器人的研究现状 国内研究现状 中国农业大学研制出了果实采摘机器人试验样机，并进行了深入的研究。在果实识别、确定果 柄位置等方面的研究取得了突破，形成了果实采摘机器人实验平台，应用图像处理技术对果实进行识 别和定位，对果实的遮挡以及重叠等情况进行了数学建模，取得了一定的研究数据和研究成果。果实 采摘机器人还有很大的提升空间，如果实的识别率和采摘率需进一步提高，整体成本应不断降低等。 农业机器人的研究现状 国内研究现状 中国农业大学研发的黄瓜采摘机器人采用了双目视觉成像装置，主要针对温室环境作业，通过 对图像的采集、处理，达到对黄瓜的精确定位。其用来寻找果实的机械手也
7、采用了先进的红外反射式 光电传感器。 农业机器人的研究现状 国内研究现状 西北农林科技大学研究的基于双目视觉及DSP的农田障碍物检测与路径识别 方法研究，建立了双目视觉的成像模型，能检测出常规的障碍物，如人、砖块、 铁锹和陷坑等。 南京林业大学研发的智能除草机器人，在切割杂草的同时，通过视觉传感器 对图像分析后控制机械手臂将高浓度的除草药物涂抹在切口处，这样做既节约了 药物，保证了良好的除草效果，又能减少喷洒农药时对空气及周边环境的污染。 上海交通大学研发的草莓收获机器人,果柄检测成功率可达93%，草莓定位效 率1个/s，草莓的破损率大约5%。 陕西科技大学研究的自然场景下成熟苹果目标识别及其
8、定位技术，可以通过 -G色差分量图定位成熟的苹果，再采用质心、果梗和标记点作为特征匹配点， 通过极线约束的图像匹配算法完成苹果目标的匹配。 农业机器人的关键技术 与相对成熟的工业机器人相比，农业机器人需要不断提高以下技术水平： (1)图像识别处理技术。图像识别是实现农作物生长环境控制、种植、除草、剪枝、采摘、 植保、施肥和耕作等多种农业生产自动化必不可少的技术。任何一种农业生产机器人的正常工 作均有赖于对作业对象的正确识别。 (2)定位技术。对于大范围行走的农业机器人而言，一个重要的研究课题就是建立确定机器 人本体位置和行走方向的导航系统。近些年广泛使用卫星定位系统(GPS),而我国目前正在推
9、广 的北斗导航未来将成为农业机器人田间定位的新方向。为了了解机器周围的环境，也可以使用 地理信息系统。 (3)生物传感器技术。研究生物体的化学、电学、光学和声学等特性，开发新的生物传感器 是提高农业机器人工作可靠性和环境适应性、改善机器人作业质量的重要手段。 (4)智能控制技术。对于农产品特征的复杂性，进行数学建模比较困难，因此基于模糊逻辑 、神经网络和智能模拟技术的自学习功能十分必要。农业机器人可以在人工辅助条件下，不断 进行学习，并记忆学习结果，形成自身处理复杂情况的知识库。 农业机器人的发展趋势 随着我国自动化在农业领域的不断发展，未来农业生产中将随处可见机 器人的身影。它们将通过三维图
10、像传感器鉴别农作物的长势，根据作物的生 长情况对其施肥和浇水; 将代替工人管理农场; 自动对耕地分析改善土壤环 境。科研院所对农业机器人的不断研究，使得现有农业机器人适应复杂多变 的农业生产环境。此外，通过国家的政策倾斜，农业机器人未来将具备广泛 的推广前景。 我国农业机器人的发展还需要紧紧围绕农业生产实际，以生产收益高的 农业作业为切入点，把先进性、实用性和经济性紧密结合，研制出适合我国 农情的机器人，最终实现产业化并逐渐推广应用，为我国新时期的农业发展 做贡献。 农业机器人的发展趋势 农业机器人的技术发展趋势： (1)多模式识别。在农业机器人未来的应用中，应是以图像处理为主要的 信号处理方法，辅以其他识别方式，以提高农产品采集、识别的准确性。 (2)智能算法应用。随着模糊控制的不断发展，特别是像农业生产这样难 以建立合适数学模型的领域，通过控制算法的不断改进提高农业机器人的工 作效率。 (3)农业机器人的开放性。机器人控制系统应允许不同的设计人员与用户 对硬件与软件等部分进行二次开发与应用，且应当对农业机器人进行模块化 设计，根据不同的农业环境，以适应不同的工作要求，增加农业生产效率。 谢谢
