智能機器人在農業自動化領域的應用分析*

金 何

（六安職業技術學院，安徽 六安 237000）

0 前言

隨著我國農業水平的不斷提升，我國農業機械發展越來越成熟，已經能夠滿足智能農業機械發展的相關技術條件。農業機械的快速發展能夠有效解放勞動力，擴大農業生產規模，提高農業經濟發展水平。在農業自動化領域中應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展中的困境，才能有效推動智能機器人在農業產業中的應用，提高我國農業自動化水平[1]。

1 當前智能機器人在農業自動化領域的應用困境

目前，農業智能化機器人的應用困境主要表現在以下方面：1）農業機器人的智能化水平相對較低。當前農業機器人雖然具備一定的應用功能，但是因為我國的農業生產環境不標準，統一性不高，生產環境的復雜性比較強，導致農業機器人不能有效滿足不同農業生產環境的需求，在一定程度上影響農業機器人的應用以及推廣。尤其是不同地區的氣候環境、地形地貌等差異比較大，很難研發出能夠適應各種環境的農業機器人。因此，會在一定程度上增加我國農業機器人的研發難度。現階段，雖然在一些地區已經對農業機器人有所應用，但是很多農業作業的基本任務如果單純依靠農業機器人不能全程獨立完成，仍然需要人工輔助作業。這會在一定程度上影響農業機器人的應用效率，不能充分發揮農業機器人的應用潛能。2）農業機器人的應用成本比較高。因為當前農業機器人生產制造水平相對較低，特別是農業機器人的研發成本比較高，會在一定程度上增加智能機器人的生產成本。在智能機器人應用過程中，僅是針對某一個特定領域或者某一種特定農作物的應用。而對農業種植來說，因為季節性比較明顯，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，導致很多農民并不熱衷于應用農業機器人。畜牧機器人在應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。并且畜牧養殖中的養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 我國農業智能機器人類型

2.1 嫁接機器人

嫁接機器人在農業自動化生產過程中的應用比較普遍，最初是由日本開發研究的，隨后我國也開發研究了嫁接機器人。這種機器人在農業生產中可以進行切割、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，保證揀選作業的有效性。其嫁接效率達到98%左右。現階段，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的發展。

2.2 育苗機器人

育苗機器人也是農業自動化領域中對智能化機器人進行應用的主要類型之一。育苗機器人在運行過程中可以將幼苗從育苗盤內轉移到栽植地中，還可以將600穴育苗盤內的幼苗轉移到48穴育苗盤里。育苗機器人主要由自由度工業智能機器人以及SNS夾持設備構成。在應用過程中需要發揮視覺傳感設備的作用，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，能夠在極大程度上提高育苗效率[2]。

2.3 除草機器人

在農業除草過程中，對智能化機器人進行應用可以減少除草劑的使用，保證農作物能夠健康生長，同時能夠提高除草效率。對除草機器人進行設計時，需要充分發揮雷達裝置的作用，可以利用無人駕駛電子設備到達除草區后，傳感器獲取雜草所在位置的信號數據，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，同時能夠保證農業生態環境的安全性。

2.4 采摘機器人

采摘機器人的應用可以提高采摘效率。采摘機器人在設計時需要根據農作物的具體特征完成設計工作，例如對土豆采摘機器人進行設計時，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個旋轉關節機器手才能夠完成采摘作業。而對西紅柿等進行采摘時，需要加強機器人視覺監控器的設計工作。在實際采摘過程中，西紅柿采摘機器人主要包括監控器、操作臂以及執行設備，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。采摘機器人的內部會安裝有柔軟內襯，保證在采摘過程中果實的完好性，防止出現損害果實的情況而產生浪費。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計。一般情況下，蘋果采摘機器人主要包括三個旋轉關節以及一個移動關節，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，對數據進行加工處理后，再將數據信息傳給采摘機器人的機械臂和履帶底盤，完成農作物采摘工作。

2.5 噴涂機器人

智能噴涂機器人在應用時需要利用自動噴霧控制設備、壓力表盤以及儀表。這樣能夠做到有效噴涂，同時還可以根據農作物的具體特征制定位置感應電纜，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據信息對所需要噴涂的農作物進行準確定位，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移路線或者停止噴藥作業。

2.6 畜牧機器人

畜牧機器人指的是在畜牧養殖過程中所使用的智能機器人。畜牧業是農業生產的主要組成部分。在畜牧養殖過程中，對智能機器人應用可以完成自動飼喂、自動消毒、自動揀蛋、自動清糞等作業。例如在豬養殖場對自動喂料機器人進行應用，可以給豬帶上紅外線標識，自動喂料機器人可以根據預先設置好的程序，按照技術人員的要求定時定量完成飼料供給作業。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。而在奶牛養殖過程中對自動擠奶器進行應用，可以識別奶牛，完成乳房掃描定位，并進行仿生擠奶。還可以對牛奶內的脂肪、蛋白質、糖分、溫度、電解質指標等進行檢測，能夠準確掌握奶牛的體質、泌乳量、擠奶時間等參數，有效降低奶牛的發病率[3]。

在當前的農業領域中對智能機器人的應用比較廣泛，主要是因為智能機器人的生產效率比較高，能夠大大減輕人力勞動作業量，對提高農業生產效率，促進農業經濟的進一步發展有積極作用。

3 智能機器人在應用中的關鍵技術

為了發揮智能化農業機器人的應用優勢，需要了解在智能農業機器人應用過程中所使用的關鍵技術。一般情況下包含以下關鍵技術類型：1）數據結合技術。在農業智能機器人應用過程中，其系統導航定位、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，同時要對傳統的經驗知識進行有效總結。這樣才能對農業生產環境數據信息進行綜合分析以及研究，為機器人的設計與研發提供良好的參考依據。在農業智能機器人設計應用過程中對數據結合技術以及信息化技術的應用可以快速提高系統分辨率以及穩定性，保證測量空間緯度的有效性，有利于擴展農業智能化機器人的活動范圍，保證機器人在實際應用過程中操作系統可以充分適應不同的環境條件。從而提高農業機器人的應用水平。2）線路規劃與導航技術。在農業智能機器人應用過程中，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，這是確保農業機器人能夠順利完成農業生產任務的重要基礎。在對農業機器人進行設計研發時，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。現階段，在農業智能機器人設計時，對GPS定位技術的應用比較多，GPS技術可以提高機器人的定位精準度，保證農業機器人運行線路的精準性。在設計過程中對路標檢測、陀螺儀、CCD攝像設備以及地圖等信息檢測方法的應用也比較普遍，能夠有效提高農業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進行應用。在農業機器人運行時，攝像設備以及定位感知系統可以感知農業生產環境的具體情況，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。這樣能夠根據工作環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。

農業智能機器人在應用過程中感知的信息量比較豐富，能夠促進工作環境的完善發展，有利于降低設備硬件成本，提高農業機器人對不同環境的適應性。目前，在分布式以及分散式農業機器人設計中，對線路規劃和導航技術的應用更加普遍[4]。

4 結語

總而言之，在當前的農業智能機器人研究過程中，需要根據我國農業生產環境的不同特征，加大對農業機器人的研究與創新力度。使農業機器人能夠充分適應不同的生產環境，提高農業機器人的應用水平，推動我國農業機器人的進一步發展。