農業機器人的主要應用領域和關鍵技術

文/陳景帥

隨著科學技術的發展，機器人的發展越來越受到各個國家的重視，尤其是農業機器人的發展和應用，因為發展農業是發展民生之本，在各行各業逐漸走向現代化的同時，農業領域的現代化和科技化越來越受到廣泛的重視，國家致力于發展農業科技，將其應用于農產品生產等各個領域，推動農業趨向現代化以及科技化發展。伴隨著電子技術和計算機技術的發展，只能機器人已經在很多領域得到了廣泛的應用，在農業生產過程中，因為容易造成植被的損壞以及環境污染問題，傳統的機械生產難以做出有效的應對，為了有效解決這類問題，國內外都在著力研究農業機器人的問題，尤其是在一些發達國家，從事農業的工作人員較少，勞動力較為緊缺，對于一些高質量、高水平的農業機器人的需求十分迫切，同時農業機器人能夠有效地解決并適應生物技術的發展問題，對于我國來說，因為機械化以及自動化程度的發展不完善，也十分迫切的需要解決農業機器人的研發和應用問題。本篇文章主要針對農業機器人的主要應用領域以及關鍵技術進行簡要的分析和探討。

1 農業機器人概述

農業機器人作為農業領域的高新科技，擁有出色的感知能力和決策能力，能夠實現一些基礎的判斷和活動，并且能夠通過結合客觀的環境以及機器自身的運作情況定量并保質完成程序中設定的工作。當前農業機器人的工作實現方式主要有兩種，一種是利用當前現有的機器人完成具體的農業生產活動，另外一種是研究出專門的機電系統來實現具體的農業生產活動，這兩種模式下的機器人有特定的功能，只能適用于具體的環境，應用范圍受限，對于系統的發展以及改進而言是不利的，并且一些自然因素導致機器人的使用頻率不高，也導致生產成本的增加。針對這一問題，世界各國紛紛開始著手研究能夠開放應用于各中環境的農業機器人。

2 農業機器人的應用領域探討

農業機器人是一種以農業產品為具體操作對象的，擁有具體的感知以及活動功能，能夠重復編程和應用的自動化或者半自動化的設備，能夠降低人工操作的強度，解決勞動力緊缺的問題，能夠提升勞動效率和工作質量。因此國內外很多國家都十分注重農業機器人的研究開發和應用，盡管因為農業生產的技術特性和經濟特性，農業機器人的適用并沒有常規化，但是已經取得了十分可觀的應用實效。在實際應用過程中，主要存在以下幾個應用領域：

2.1 嫁接機器人

嫁接機器人技術是一種融合了機械、自動化控制以及園藝技術的高新技術，其在具體的應用上可以實現在很短的時間內處理繁重的嫁接工作，解決了人工嫁接工作當中存在的低效率問題，我國政府對于嫁接機器人的發展也提供了豐厚的政策支持，也已經研發出蔬菜嫁接機器人，能夠很好地應對蔬菜幼苗的具體特性帶來的農業生產難題，完成了蔬菜嫁接的精準定位、快速獲取以及穩定的切削問題，嫁接機器人可以實現砧木、穗木的取苗、切苗、接合、固定等嫁接過程的自動化處理，嫁接機器人可以實現一小時上百棵嫁接的工作效率，并且嫁接工作的成功率十分可觀，能夠達到百分之九十五，極大的促進了果樹以及蔬菜生產產業化發展和規模化發展。

2.2 移栽機器人

機器人在蔬菜、花卉、苗木、株苗等的移栽方面也有一定的應用。利用機器人的信息傳感功能以及智能化功能，能夠有效地識別出苗的質量，并作出移栽到指定未知的決策，除去壞苗，機器人能夠減少工人的勞動量，減少人工成本，提升移栽的操作水平以及移栽工作的效率。移栽機器人可以根據樹苗以及農作物苗的發育狀態，依據管理人員設定的程序利用攝像器傳遞并識別一些枝丫，用機械裝置來修建作物。

2.3 灌溉、噴灑農藥機器人

機器人在溫室大棚的灌溉、施肥以及噴灑農藥等領域的應用也十分成熟，機器人發揮信息采集以及處理等方面的優勢，依據光反射和折射的原理，通過對作物的需水量的準確預測，通過對土壤的具體情況來解決施肥的準確量，降低工作成本，并能夠有效地改善地下水的質量避免產生環境污染，機器人在農藥噴灑方面的應用，其中主要的優點在于規避了人和農藥的直接接觸，利于農業工作人員的安全以及健康，同時由于機器人的應用讓農藥噴灑的準確性提高，能夠通過降低農藥的使用量來減少污染。

2.4 自動采摘機器人

農業機器人在農產品的自動采摘方面的應用十分廣泛，機器人在農產品采摘方面可以有效地應用機器人的信息感知工功能，能夠有效地識別被采摘作物成熟程度，保障采摘到的果實的質量，機器人采摘能夠有效代替人工操作。農業機器人能夠有效地應用于番茄、洋蔥、馬鈴薯等蔬菜的采摘，另外在一些水果的采摘方面的應用也是比較廣泛的，其收獲率以及采摘完整率是有相當明顯的優勢的。

2.5 分揀機器人

在蔬果采集完畢之后，機器人可以對一些農產品進行分類和分級，區別出相同尺寸以及相同品種的蔬菜及果物，利用一些傳感器和智能識別技術能夠去別處高檔次以及潔凈的蔬果，在分選的過程中，被分選的產品以及外觀的形態和內在的品質和成熟程度以及損壞等特征比較復雜，人工操作往往會出現紕漏。引入農業機器人來處理農產品的分揀工作，能夠有效降低產品的劣品率，降低成本，并改善勞動環境。

3 農業機器人發展中的關鍵技術分析

農業機器人是一種復合型技術產品，和傳統的工業型機器人相比，其結構、處理對象以及工作環境都相對復雜。農業機器人的發展需要嘗試在一些關鍵的技術領域獲得發展和突破，這些關鍵技術主要包括以下幾個方面：

3.1 三維空間的持續運作技術

機器人在田園以及田野中自由移動，其移動以及定位技術十分復雜，涉及到多種復雜的環境因素，想要應對并處理這些復雜的因素帶來的問題，就需要研發一種能夠幫助農業機器人精準定位以及按照既定方向行走的導航系統，不僅需要陀螺儀、雷達以及激光裝置的配備，也需要應用衛星定位系統，來有效解決傳統的機器人無法識別具體路況的問題。

3.2 對目標的隨機未知的準確感知以及處理裝置的精確定位

因為處理對象是蔬果等位置隨機的個體，他們形狀各異，生長位置也是不固定的，并且容易受到光線以及風力等不確定的因素的影響，所以，農業機器人的處理裝置也需要擁有敏銳以及準確的智能識別功能，能夠有效地發現處理對象的位置并做好準確地感知，并在獲取位置信息的基礎上來準確感知被處理對象的位置，基于位置信息來作出一些固定的應對，機械手的柔性動作處理技術是未來需要重點研究的領域，機械手行動需要足夠自由和靈活，并且能夠從不同的方向抓到目標對象。

3.3 機器人的分類處理技術以及學習能力

上文提到機器人可以應用并處理一些產品的采摘和分類工作，但是對于具體農產品的檔次以及成熟程度的識別和分析，需要涉及到顏色、形狀以及大小等特征的識別技術，找到合適的以及具體的采摘對象進行采摘，利用一些視覺傳感器和攝像機，當前可以準確識別出一些種子的發芽情況以及果實的成熟程度。

因為農產品的特征比較復雜，因此在一些程序的建模上比較復雜，所以機器人的邏輯分析能力以及神經網絡系統和智能模擬技術的自主學習技術的發展也是十分重要的。農業機器人需要在人工幫助的情形下不斷組織學習并對一些學習結果進行記憶和儲存，建立自己的知識信息數據庫。

3.4 適應復雜環境的技術

農業機器人的工作環境比一般領域的機器人的工作環境要更復雜和惡劣，其感知能力和執行能力，乃至信息處理部件以及系統要適應環境因素的影響，保障自身高效、高質地處理一些工作。

4 結語

國內的機器人制造水平相較于發達國家來說差距較大，農業機器人在國內的應用以及發展面臨觀念和技術等方面的挑戰，專業領域應當抓住科技發展的契機，推動農業機器人向真正有利于農業發展的方向發展。