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中 国 农 学 通 报 2010,26(10):360-364 Chinese Agricultural Science Bulletin 智 能 机 器 人 在 农 业 自 动 化 领 域 的 主 要 应 用 赵 欣 ( 唐 山 师 范 学 院 物 理 系, 河 北 唐 山 063000) 摘 要 : 通 过 对 智 能 机 器 人 在 农 业 自 动 化 领 域 的 主 要 应 用 进 行 研 究, 包 括 采 摘 机 器 人 嫁 接 机 器 人 耕 耘 机 器 人 除 草 机 器 人 喷 农 药 机 器 人 插 秧 机 器 人 林 木 清 洁 机 器 人 饲 喂 机 器 人 禽 蛋 检 测 与 分 级 机 器 人 发 现 应 用 于 农 业 智 能 机 器 人 的 主 要 技 术 有 感 知 与 避 障 技 术 机 器 视 觉 技 术 信 息 融 合 技 术 及 农 业 专 家 系 统 农 业 机 器 人 的 智 能 问 题 成 本 过 高 问 题 和 易 受 环 境 变 化 的 影 响 问 题, 需 要 进 一 步 研 究 解 决 关 键 词 : 智 能 机 器 人 ; 农 业 自 动 化 ; 主 要 技 术 ; 存 在 问 题 中 图 分 类 号 :S126;TP242.6 文 献 标 志 码 :A 论 文 编 号 :2009-2584 The Main Application of Intelligent Robot in the Field of Agriculture Automation Zhao Xin (Department of Physics, Tangshan Teachers College, Tangshan Hebei 063000) Abstract: The main application of intelligent robot in the field of agriculture automation is discussed. The picking robot, grafting robot, cultivating robot, weeding robot, spraying pesticides robot, planting robots, timber cleaning robot, feeding robots, egg inspection and grading robot are presented. The Perception and obstacle avoidance techniques, machine vision technology, information fusion technology and agricultural expert system are the main applications in agriculture intelligent robot technology. The intelligent problem of agricultural robots, high cost and the impact of environmental diversification shall be studied and solved in the future. Key words: intelligent robot; agricultural automation; main technology; existing problems 0 引 言 新 的 农 业 生 产 模 式 和 新 技 术 的 应 用 促 进 了 农 业 机 械 的 更 新 和 发 展, 智 能 农 业 机 械 的 技 术 条 件 已 经 成 熟 机 械 化 的 发 展 大 大 解 放 了 劳 动 力, 促 进 了 社 会 化 大 生 产, 创 造 了 无 穷 的 社 会 财 富, 其 影 响 重 大 而 深 远, 农 业 也 因 此 发 生 了 革 命 性 的 改 变 对 于 必 须 处 理 复 杂 又 模 糊 的 信 息, 还 要 进 行 综 合 判 断 的 农 业 生 产 机 械 化 来 讲, 只 有 靠 具 有 与 人 类 相 同 的 知 识 启 发 和 学 习 功 能 的 智 能 机 器 人 才 可 能 得 以 实 现 可 以 预 计,21 世 纪 将 是 农 业 机 械 向 智 能 化 方 向 发 展 的 重 要 时 期 此 文 就 智 能 机 器 人 的 研 究 进 展 应 用 于 农 业 智 能 机 器 人 的 主 要 技 术 存 在 问 题 等 方 面 进 行 论 述 1 农 业 智 能 机 器 人 的 研 究 进 展 随 着 工 业 机 器 人 的 发 展, 许 多 国 家 如 日 本 美 国 等 对 农 业 机 器 人 的 研 究 工 作 逐 渐 启 动, 已 研 制 出 多 种 农 用 机 器 人 中 国 从 20 世 纪 70 年 代 末 开 始 对 机 器 人 进 行 研 究 20 世 纪 90 年 代 以 来, 精 准 农 业 技 术 的 研 究 与 应 用 在 发 达 国 家 受 到 了 普 遍 的 重 视, 已 被 国 际 农 业 科 技 界 认 为 是 21 世 纪 实 现 农 业 可 持 续 发 展 的 先 导 技 术 之 一 具 有 相 当 智 能 的 农 业 机 器 人 是 精 准 农 业 体 系 中 有 效 的 装 备 之 一, 从 而 得 到 重 视 和 发 展 1.1 采 摘 机 器 人 对 农 业 采 摘 机 器 人 的 研 究 已 有 40 年 的 历 史, 美 国 学 者 Schertz 和 Brown 于 1968 年 首 次 提 出 应 用 机 器 人 技 术 进 行 果 蔬 的 收 获 美 国 加 拿 大 荷 兰 日 本 英 国 等 国 均 已 开 展 了 研 究 1.1.1 番 茄 采 摘 机 器 人 日 本 的 Kondo 等 研 制 的 番 茄 收 获 机 器 人, 由 机 械 手 末 端 执 行 器 视 觉 传 感 器 移 动 机 基 金 项 目 : 河 北 省 教 育 厅 基 金 项 目 应 用 于 智 能 机 器 人 的 多 传 感 系 统 (z2006116) 作 者 简 介 : 赵 欣, 女,1978 年 出 生, 河 北 唐 山 人, 讲 师, 在 读 博 士, 主 要 从 事 机 电 系 统 状 态 监 测 与 诊 断 研 究 通 信 地 址 :063000 唐 山 师 范 学 院 物 理 系, E-mail:zhaoxin0661@sina.com 收 稿 日 期 :2009-12-08, 修 回 日 期 :2009-12-28

361 赵 欣 : 智 能 机 器 人 在 农 业 自 动 化 领 域 的 主 要 应 用 [1-2] 构 和 控 制 部 分 组 成, 用 彩 色 摄 像 机 作 为 视 觉 传 感 器 寻 找 和 识 别 成 熟 果 实, 用 7 自 由 度 的 SCORBOT-ER 工 业 机 器 人, 机 械 手 活 动 范 围 大, 能 避 开 障 碍 物 为 了 不 损 伤 果 实, 机 械 手 的 末 端 执 行 器 是 带 有 软 衬 垫 的 吸 引 器, 中 间 有 压 力 传 感 器, 把 果 实 吸 住 后, 利 用 机 械 手 的 腕 关 节 把 果 实 拧 下 行 走 机 构 有 4 个 车 轮, 能 在 田 间 自 动 行 走, 利 用 机 器 人 上 的 光 传 感 器 和 设 置 在 地 头 土 埂 的 反 射 板, 可 检 测 是 否 到 达 土 埂, 到 达 后 自 动 停 止, 转 动 后 再 继 续 前 进 该 番 茄 采 摘 机 器 人 从 识 别 到 采 摘 完 1 个 番 茄 只 需 要 15 s, 成 功 率 在 75% 左 右 1.1.2 黄 瓜 采 摘 机 器 人 日 本 的 Kondo 等 研 制 的 黄 瓜 采 摘 机 器 人, 采 用 三 菱 MITSUBISHI RV-E2 型 6 自 由 度 机 械 手, 利 用 CCD 摄 像 机, 根 据 黄 瓜 比 叶 茎 对 红 外 光 的 反 射 率 高 的 原 理 来 识 别 黄 瓜 和 叶 茎 黄 瓜 和 柄 的 连 接 与 番 茄 不 同, 因 此 采 用 拧 摘 方 法 较 难, 所 以 用 剪 断 方 法, 先 把 黄 瓜 抓 住, 用 接 触 传 感 器 找 出 柄, 然 后 剪 断, 采 摘 速 度 为 16 s/ 个, 由 于 黄 瓜 是 长 条 形, 受 到 叶 茎 的 影 响 更 大, 所 以 采 摘 的 成 功 率 较 低, 大 约 在 60% 左 右 1.1.3 蘑 菇 采 摘 机 器 人 蘑 菇 的 生 产 集 约 化 程 度 很 高, 但 人 工 采 摘 蘑 菇 的 效 率 低, 且 分 类 的 质 量 不 易 保 证, 从 [4] 而 制 约 了 生 产 效 率 与 经 济 效 益 的 提 高 英 国 Silsoe [5] 研 究 院 研 制 的 蘑 菇 采 摘 机 器 人, 可 以 自 动 测 量 蘑 菇 的 位 置 大 小, 并 选 择 性 的 采 摘 和 修 剪 他 的 机 械 手 包 括 2 个 气 动 移 动 关 节 和 一 个 步 进 电 机 驱 动 的 旋 转 关 节 组 成 ; 末 端 执 行 器 是 带 有 软 衬 垫 的 吸 引 器 ; 视 觉 传 感 器 采 用 TV 摄 像 头, 安 装 在 顶 部 用 来 确 定 蘑 菇 的 位 置 和 大 小 采 摘 成 功 率 在 75% 左 右, 采 摘 速 度 为 6.7 s/ 个 1.1.4 苹 果 采 摘 机 器 人 韩 国 Kyungpook 大 学 所 研 制 的 苹 果 采 摘 机 器 人, 其 机 械 手 工 作 空 间 可 以 达 到 3 m, 具 有 4 自 由 度, 包 括 3 个 旋 转 关 节 和 1 个 移 动 关 节 采 用 三 指 夹 持 器 作 为 末 端 执 行 器, 内 有 压 力 传 感 器 避 免 损 伤 苹 果 利 用 CCD 摄 像 机 和 光 电 传 感 器 识 别 果 实, 从 树 冠 外 部 识 别 苹 果 时 的 识 别 率 达 85%, 速 度 达 5 s/ 个 该 机 器 人 末 端 执 行 器 下 方 安 装 有 果 实 收 集 袋, 缩 短 了 从 摘 取 到 放 置 的 时 间, 提 高 了 采 摘 速 度 1.1.5 西 瓜 采 摘 机 器 人 日 本 Kyoto 大 学 研 制 出 一 个 5 自 由 度 液 压 驱 动 的 机 器 人 用 于 收 获 西 瓜, 包 括 机 械 手 [6] 末 端 执 行 器 视 觉 传 感 器 和 行 走 装 置 因 为 西 瓜 在 地 面 上, 机 器 手 由 5 个 旋 转 关 节 组 成, 使 机 械 手 能 在 地 面 工 作 1.1.6 茄 子 采 摘 机 器 人 刘 长 林 等 设 计 了 一 种 实 现 田 间 [7] 茄 子 收 获 机 器 人 视 觉 系 统 的 图 像 识 别 方 法 通 过 判 断 茄 子 图 像 每 点 像 素 值 差 值 实 现 分 割 ; 通 过 模 板 操 作 及 形 态 学 上 的 闭 运 算 操 作 去 除 残 留 物, 最 终 找 到 茄 子 图 像 的 外 接 矩 形 完 成 提 取 经 试 验 测 定, 对 样 本 茄 子 图 像 提 取 成 功 率 为 97%, 平 均 速 度 为 0.152 s/ 个 1.1.7 樱 桃 采 摘 机 器 人 日 本 的 Kanae 等 研 制 了 1 台 樱 [8] 桃 采 摘 机 器 人 该 樱 桃 采 摘 机 器 人 主 要 由 1 个 4 自 由 度 的 机 械 手 三 维 视 觉 传 感 器 末 端 执 行 机 构 1 台 电 脑 和 移 动 装 置 构 成 三 维 视 觉 传 感 器 配 备 了 红 外 和 红 外 激 光 二 极 管, 这 2 个 激 光 束 对 对 象 的 扫 描 同 时 进 行 通 过 处 理 三 维 视 觉 传 感 器 来 识 别 果 实 和 障 碍 物 的 位 置, 由 此 决 定 末 端 执 行 机 构 的 运 动 轨 迹 果 实 被 末 端 执 行 机 构 拾 起, 同 时 避 免 与 障 碍 物 碰 撞 1.2 嫁 接 机 器 人 日 本 农 产 省 1989 年 成 立 了 TGR 技 术 嫁 接 研 究 所 该 研 究 所 研 制 出 了 一 种 嫁 接 机 器 人, 其 嫁 接 过 程 分 切 断 合 位 和 接 苗 3 个 环 节, 该 机 器 人 为 全 自 动 式, 若 本 苗 或 嫁 苗 有 缺 苗 时 能 自 动 判 别, 并 跳 过 缺 苗 盆 该 机 器 人 的 嫁 接 成 功 率 为 97%, 同 时 也 大 大 提 高 了 作 业 速 度 中 国 农 业 大 学 研 制 的 2JSZ-600Ⅱ 型 蔬 菜 自 动 嫁 接 机 采 用 计 算 机 自 动 控 制, 实 现 了 蔬 菜 苗 砧 木 和 穗 木 的 取 苗 切 苗 接 合 塑 料 固 定 排 苗 等 嫁 接 作 业 的 自 动 化 操 作 1.3 移 栽 ( 育 苗 ) 机 器 人 台 湾 Ting 和 Yang 等 研 制 的 移 栽 机 器 人, 把 幼 苗 从 600 穴 的 育 苗 盘 中 移 植 到 48 穴 的 苗 盘 中 机 器 人 本 体 部 分 由 ADEPT-SCARA 型 4 自 由 度 工 业 机 器 人 和 SNS 夹 持 器 组 成, 位 于 顶 部 的 视 觉 传 感 器 确 定 苗 盘 的 尺 寸 和 苗 的 位 置, 力 觉 传 感 器 保 证 SNS 夹 持 器 夹 住 而 不 损 伤 蔬 菜 苗, 在 苗 盘 相 邻 的 情 况 下, 单 个 苗 移 栽 的 时 间 在 2.6~3.25 s 之 内 1.4 耕 耘 机 器 人 日 本 机 电 技 术 研 究 室 开 发 出 的 耕 作 机 器 人, 在 耕 作 场 内 可 进 行 辨 别 判 断 自 身 位 置 和 前 进 方 向 的 无 人 操 作, 其 耕 作 效 率 与 有 人 相 同 1994 年 芬 兰 开 发 出 利 用 GPS 和 左 右 两 轮 的 转 速 差 进 行 导 航 的 小 型 履 带 式 车 辆,Hate 等 开 展 了 用 彩 色 线 条 传 感 器 为 传 感 元 件 对 车 辆 走 向 的 研 究,Yong 等 研 制 了 以 微 型 计 算 机 为 基 础 的 车 辆 导 向 控 制 器,Choi 设 计 了 一 种 用 无 线 电 波 定 位 传 感 器 的 自 动 导 向 系 统, 王 荣 本 等 设 计 了 一 种 有 线 [9-10] 图 像 识 别 式 自 动 引 导 车 辆 系 统 1.5 除 草 机 器 人 除 草 机 器 人 是 由 电 子 计 算 机 操 作 并 用 雷 达 控 制 的 无 人 驾 驶 机 械 德 国 农 业 专 家 采 用 计 算 机 GPS 定 位 系 统 和 多 用 途 拖 拉 机 综 合 技 术, 研 制 出 可 准 确 施 用 除 草 剂 的 机 器 人 其 特 点 是, 当 机 器 人 到 达 杂 草 多 的 地 块 时,GPS 接 收 器 便 会 做 出 杂 草 位 置 的 坐 标 定 位 图,

中 国 农 学 通 报 http://www.casb.org.cn 362 机 械 杆 式 喷 雾 器 相 应 部 分 立 即 启 动 进 行 除 草 剂 的 喷 洒 英 国 科 技 人 员 开 发 的 菜 田 除 草 机 器 人 使 用 的 是 1 台 摄 像 机 1 台 识 别 野 草 蔬 菜 和 土 壤 图 像 的 计 算 机 组 合 装 置, 利 用 计 算 机 扫 描 和 图 像 分 析, 层 层 推 进 除 草 作 业 美 国 密 歇 根 大 学 开 发 了 草 坪 修 整 机 器 人, 利 用 已 修 和 未 修 草 坪 的 分 界 线 进 行 无 人 驾 驶 操 作 割 草 作 业 日 本 久 保 田 铁 工 在 割 草 机 前 端 装 有 摄 像 机, 利 用 图 像 处 理 判 断 分 割 区 域, 实 现 自 动 驾 驶 作 业 中 国 陈 勇 等 研 究 了 控 制 农 田 杂 草 的 直 接 施 药 方 法, 并 研 制 了 基 [11] 于 该 方 法 的 除 草 机 器 人, 该 研 究 减 少 了 除 草 剂 用 量 并 消 除 雾 滴 飘 移 现 象, 保 护 了 生 态 环 境 1.6 喷 农 药 机 器 人 日 本 开 发 的 喷 农 药 机 器 人 外 形 很 像 一 部 小 汽 车, 机 器 人 上 装 有 感 应 传 感 器 自 动 喷 药 控 制 装 置 及 压 力 [12] 传 感 器 等 在 果 园 内 沿 着 喷 药 作 业 路 径 铺 设 感 应 电 缆, 工 作 时, 电 缆 中 流 过 由 发 送 机 发 出 的 电 流, 在 电 缆 周 围 产 生 磁 场 机 器 人 上 的 控 制 装 置 根 据 传 感 器 检 测 到 的 磁 场 信 号 控 制 机 器 人 的 走 向 喷 药 机 器 人 能 够 全 自 动 对 树 木 进 行 喷 药, 控 制 系 统 还 能 够 根 据 方 向 传 感 器 和 速 度 传 感 器 的 输 出, 判 断 是 直 行 还 是 转 弯 喷 药 机 器 人 的 前 端 装 有 2 个 障 碍 物 传 感 器 ( 超 声 波 传 感 器 ) 和 按 触 传 感 器, 可 以 检 测 到 前 方 约 1 m 左 右 距 离 的 情 况, 当 有 障 碍 物 时, 行 走 和 喷 药 均 停 止 ; 当 机 器 人 和 障 碍 物 接 触 时, 接 触 传 感 器 发 出 信 号, 动 作 全 部 停 止 ; 机 器 人 左 右 两 侧 装 有 紧 急 手 动 按 钮, 可 以 用 手 动 按 钮 紧 急 停 止 1.7 插 秧 机 器 人 日 本 研 制 的 插 秧 机 器 人 在 没 有 任 何 人 力 的 协 助 下, 由 计 算 机 系 统 进 行 控 制, 并 通 过 全 球 卫 星 定 位 系 统 进 行 导 航, 最 后 通 过 感 应 器 和 其 他 一 些 装 置 来 计 算 出 动 作 的 角 度 和 方 向, 进 而 实 现 稻 田 工 作 的 精 确 定 位 [12] 作 业 时 水 稻 秧 苗 预 先 由 传 送 带 传 送 到 约 2 m 长 的 栽 培 垫 上 然 后 由 机 器 人 推 动 插 秧 机, 把 稻 苗 栽 进 稻 田 里 机 器 人 能 够 根 据 指 令 准 确 地 在 稻 田 穿 行, 移 动 误 差 也 小 于 10 cm, 碰 到 田 埂 还 能 自 行 做 180 大 转 弯 后 继 续 劳 作 每 个 机 器 人 每 20 min 可 种 植 约 1 000 m 2 的 稻 田, 中 途 无 须 作 任 何 停 顿 1.8 林 木 清 洁 机 器 人 清 洁 是 造 林 抚 育 作 业, 主 要 是 针 对 改 善 约 3 m 高 的 青 年 林 木 的 生 长 环 境 相 较 于 其 他 森 林 活 动 清 洁 的 成 本 在 增 加, 以 致 在 瑞 典 每 年 清 洗 面 积 在 减 少 因 此, 机 器 人 清 洗 是 提 高 盈 利 能 力 的 关 键 Karin 等 设 计 了 [13] 一 款 林 木 清 洁 机 器 人, 该 机 器 人 能 够 根 据 树 木 特 征 库 识 别 树 木 是 否 应 作 为 主 干 或 选 择 被 截 断 机 器 人 能 够 独 立 运 作 并 在 无 人 值 守 的 动 态 和 非 确 定 性 环 境 下 工 作 1.9 饲 喂 机 器 人 欧 洲 科 学 家 的 研 究 表 明, 奶 牛 的 精 确 饲 喂 和 每 天 多 次 饲 喂 不 仅 可 以 提 高 奶 牛 的 产 奶 量 增 强 奶 牛 的 体 [14] 质 减 少 生 病 机 会, 还 能 提 高 饲 料 的 利 用 率 精 确 饲 喂 的 机 器 人 主 要 由 行 走 机 构 料 箱 分 料 螺 旋 和 控 制 系 统 等 部 分 组 成, 利 用 霍 尔 传 感 器 和 无 线 识 别 装 置 分 别 实 现 自 身 的 精 确 定 位 以 及 奶 牛 的 识 别 机 器 人 的 控 制 器 采 用 PIC16F877 微 处 理 器 构 成, 主 要 完 成 机 器 人 的 运 动 控 制 以 及 与 管 理 微 机 的 数 据 交 换 1.10 禽 蛋 检 测 与 分 级 机 器 人 对 每 一 枚 禽 蛋 进 行 自 动 清 洗 检 测 分 级 喷 码 后 销 售 或 深 加 工, 既 可 使 消 费 者 了 解 每 个 鲜 蛋 的 生 产 时 间 商 标 质 量 等 级 等 信 息, 实 现 按 质 论 价 优 材 优 用, 又 可 以 防 止 生 产 过 程 中 的 交 叉 感 染, 实 现 产 品 的 可 追 踪 性, 既 提 高 了 生 产 者 的 收 益, 又 确 保 了 消 费 者 的 利 益 [15] 美 国 日 本 荷 兰 等 国 家 鲜 蛋 处 理 的 自 动 化 技 术 水 平 很 高, 鲜 蛋 加 工 处 理 设 备 有 : 气 吸 式 集 蛋 传 输 设 备 清 洗 消 毒 机 干 燥 上 膜 机 分 级 包 装 机 和 电 胶 打 码 ( 或 喷 码 )) 机 等, 对 禽 蛋 进 行 单 个 不 接 触 人 的 处 理, 实 现 全 自 动 高 精 度 无 破 损 的 处 理 和 分 级 包 装, 如 荷 兰 Hot-Cheers 公 司 推 出 的 FPS MOBA 电 脑 控 制 鸡 蛋 分 级 包 装 机 王 树 才 等 为 了 实 现 禽 蛋 检 测 与 分 级 的 自 动 化, 建 立 一 种 轻 型 自 动 化 系 统, 即 禽 蛋 检 测 与 分 级 智 能 机 器 人 系 统 (SIRDGE) SIRDGE 将 禽 蛋 的 破 损 检 测 内 部 品 质 检 测 以 及 检 测 和 分 级 时 的 搬 运 工 作 联 系 起 来, 统 一 由 一 个 关 节 型 机 器 人 来 完 成, 能 实 现 禽 蛋 检 测 和 分 级 的 全 程 自 动 化 2 应 用 于 农 业 智 能 机 器 人 的 主 要 技 术 农 业 机 器 人 仍 属 于 机 器 人 的 范 畴, 他 不 仅 是 机 械 与 电 子 的 简 单 结 合, 也 是 融 合 检 测 传 感 技 术 信 息 处 理 技 术 自 动 控 制 技 术 伺 服 驱 动 技 术 精 密 机 械 技 术 和 计 算 机 技 术 等 多 种 技 术 于 一 体 的 交 叉 学 科 与 综 合 2.1 自 主 导 航 与 路 径 规 划 ( 感 知 与 避 障 技 术 ) 农 业 多 机 器 人 在 执 行 任 务 过 程 中, 需 感 知 多 变 环 境 中 的 行 走 路 线 被 枝 叶 遮 挡 的 加 工 对 象 运 行 中 的 动 态 机 器 人 等, 这 是 农 业 多 机 器 人 准 确 完 成 群 体 运 移 定 [16] 位 工 作 工 作 任 务 执 行 的 基 础 目 前 农 业 单 体 机 器 人 主 要 利 用 GPS 粗 定 位, 定 位 精 度 达 到 了 厘 米 级, 融 合 陀 螺 仪 路 标 检 测 地 图 匹 配 CCD 彩 色 摄 像 机 识 别 等 多 种 信 息 检 测 手 段 正 被 研 究 应 用, 该 检 测 手 段 促 使 单 体 机 器 人 运 移 感 知 作 业 环 境 定 位 等 广 播 通 信 方 式 下 的 系 统 环 境 信 息 共 享 目 前 发 展 的 彩 色 CCD 摄 像

363 赵 欣 : 智 能 机 器 人 在 农 业 自 动 化 领 域 的 主 要 应 用 机 识 别 与 定 位 作 业 感 知 系 统, 虽 感 知 过 程 的 迭 代 计 算 比 黑 白 CCD 摄 像 机 工 作 量 大, 但 感 知 的 信 息 量 大, 能 改 进 作 业 质 量, 适 度 降 低 整 机 硬 件 成 本, 适 应 更 广 泛 的 工 作 环 境 条 件, 因 此 在 分 散 式 分 布 式 农 业 多 机 器 人 系 统 开 发 有 较 多 应 用 2.2 目 标 探 测 与 定 位 技 术 ( 机 器 视 觉 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 与 定 位, 但 由 于 作 业 环 境 的 复 杂 性, 特 别 是 光 照 条 件 的 不 确 定 性 环 境 的 相 似 性 个 体 差 异 性 和 遮 挡 等 问 题 的 存 在, 致 使 对 作 业 对 象 的 识 别 [17] 与 定 位 技 术 仍 是 有 待 于 解 决 的 关 键 技 术 目 前 主 要 采 用 机 器 视 觉 技 术, 但 需 要 融 合 其 他 技 术, 并 改 进 图 像 获 取 和 图 像 处 理 算 法 等, 以 提 高 识 别 与 定 位 的 准 确 性 与 精 确 度 机 器 视 觉 技 术 利 用 图 像 传 感 器 获 取 物 体 的 图 像, 将 图 像 转 换 成 一 个 数 据 矩 阵, 并 利 用 计 算 机 来 分 [18] 析 图 像, 同 时 完 成 一 个 与 视 觉 有 关 的 任 务 机 器 视 觉 技 术 在 农 业 生 产 上 的 研 究 与 应 用, 始 于 20 世 纪 70 年 代 末 期, 研 究 主 要 集 中 于 桃 香 蕉 西 红 柿 黄 瓜 等 农 产 品 的 品 质 检 测 和 分 级 农 作 物 收 获 自 动 化 是 机 器 视 觉 技 术 在 收 获 机 械 中 的 应 用, 是 近 年 来 最 热 门 的 研 究 课 题 之 一 其 基 本 原 理 是 在 收 获 机 械 上 配 备 摄 像 系 统, 采 集 田 间 或 果 树 上 作 业 区 域 图 像, 运 用 图 像 处 理 与 分 析 的 方 法 判 别 图 像 中 是 否 有 目 标 ( 如 水 果 蔬 菜 等 ), 发 现 目 标 后, 引 导 机 械 手 完 成 采 摘 2.3 信 息 融 合 技 术 农 业 机 器 人 系 统 的 定 位 与 导 航 及 作 业 对 象 的 识 别 与 定 位 应 具 有 更 高 的 智 能 特 性, 因 此 需 要 融 合 多 种 传 感 器 信 息 或 一 些 经 验 知 识, 实 现 对 环 境 信 息 的 充 分 理 [17] 解, 便 于 机 器 人 做 出 正 确 的 决 策 信 息 融 合 能 提 高 系 统 的 可 靠 性 与 分 辨 率, 增 加 测 量 空 间 维 数, 拓 宽 活 动 范 围, 从 而 提 高 系 统 在 复 杂 条 件 下 正 常 工 作 的 适 应 性 与 鲁 棒 性 但 是, 为 了 提 高 系 统 性 能, 需 要 结 合 新 的 理 论 不 断 改 进 与 完 善 信 息 融 合 算 法, 也 需 要 加 强 信 息 融 合 效 果 评 价 的 研 究 2.4 农 业 专 家 系 统 专 家 系 统 一 般 都 具 有 1 个 或 多 个 知 识 库 规 则 库, 能 自 动 进 行 推 理 和 逻 辑 判 断, 有 些 还 有 数 据 检 测 智 能 运 算 功 能, 以 及 友 好 的 人 机 界 面, 生 产 人 员 稍 作 培 训 后 就 可 熟 练 掌 握 专 家 系 统 还 被 用 于 农 业 中 的 灌 溉 系 统 等 方 面, 在 农 业 生 产 过 程 中 正 受 到 越 来 越 广 泛 的 重 视 [19] 专 家 系 统 (ES) 技 术 与 全 球 定 位 系 统 (GPS) 技 术 地 理 信 息 系 统 (GIS) 技 术 遥 感 (RS) 技 术 等 结 合 在 一 起, 构 成 了 精 准 农 业 控 制 平 台, 而 专 家 系 统 是 这 个 平 台 的 核 心, 他 综 合 所 得 到 的 数 据 和 知 识 库 中 的 知 识, 从 人 口 效 益 资 源 和 环 境 等 方 面 综 合 考 虑, 为 农 业 生 产 提 供 智 能 化 形 象 直 观 的 信 息 和 决 策 服 务, 具 体 到 为 每 一 块 农 田 提 供 品 种 施 肥 灌 溉 病 虫 害 防 治 产 后 处 理 和 销 售 等 的 辅 助 决 策 将 来 建 造 农 业 专 家 系 统 更 多 地 需 要 数 据 融 合 数 据 挖 掘 贝 叶 斯 概 念 推 理 等 理 论 的 支 持 3 存 在 问 题 3.1 农 业 机 器 人 的 智 能 问 题 农 业 生 产 的 特 点 要 求 农 业 机 器 人 具 有 相 当 的 智 能 和 柔 性 生 产 能 力 以 适 应 复 杂 的 非 结 构 环 境, 例 如 辨 识 和 避 障 能 力 等 专 家 纷 纷 把 研 究 重 心 从 机 械 部 分 转 向 机 器 视 觉 人 工 智 能 方 面, 力 图 解 决 农 业 机 器 人 的 智 能 问 题 技 术 上 在 自 动 导 航 视 觉 辨 识 定 位 等 方 面 已 有 成 熟 的 解 决 方 案, 但 总 的 来 讲, 智 能 系 统 的 发 展 还 不 够 完 善, 农 业 机 器 人 的 智 能 程 度 还 不 能 满 足 农 业 生 产 的 需 要, 很 多 任 务 无 法 由 农 业 机 器 人 单 独 完 成, 且 高 智 能 带 来 的 高 成 本 也 制 约 着 农 业 机 器 人 的 发 展 应 用 3.2 农 业 机 器 人 的 成 本 过 高 问 题 目 前 研 制 出 来 的 农 业 机 器 人 大 都 只 针 对 农 业 生 产 某 一 环 节 的 某 一 项 作 业 而 言, 农 业 生 产 的 特 征 之 一 是 季 节 性 强, 造 成 了 农 业 机 器 人 的 使 用 效 率 低, 间 接 地 增 加 了 农 业 机 器 人 的 成 本 其 性 价 比 不 能 满 足 市 场 的 需 要, 成 为 制 约 农 业 机 器 人 商 业 化 和 进 一 步 研 究 应 用 的 瓶 颈 问 题 3.3 农 业 机 器 人 易 受 环 境 变 化 的 影 响 问 题 在 农 业 机 器 视 觉 导 航 应 用 中, 存 在 受 自 然 光 照 等 外 界 环 境 干 扰 较 大, 作 物 品 种 差 异 大 作 物 缺 失 背 景 多 变 等 复 杂 因 素, 单 一 的 视 觉 传 感 器 越 来 越 难 以 满 足 精 确 定 位 的 要 求, 因 受 环 境 变 化 的 影 响, 检 测 导 航 信 息 [20] 的 稳 定 性 也 大 受 影 响 4 结 束 语 通 过 对 国 内 外 农 业 机 器 人 技 术 的 发 展 和 应 用 的 介 绍, 可 以 看 出 农 业 机 械 化 进 程 较 快 的 欧 美 一 些 国 家 已 经 证 明 了 现 代 农 业 能 够 产 生 巨 大 的 经 济 效 益, 农 业 机 器 人 技 术 发 展 水 平 较 高 的 日 本 也 充 分 证 明 了 农 业 机 器 人 技 术 能 够 大 大 解 放 生 产 力, 提 高 农 业 经 济 效 益 社 会 经 济 效 益 中 国 农 业 机 器 人 的 发 展 有 待 于 积 极 大 力 地 推 进, 克 服 其 局 限 性, 加 大 对 已 有 农 业 机 器 人 的 改 进, 设 计 制 造 出 适 应 中 国 具 体 国 情 的 农 业 机 器 人, 为 农 业 生 产 水 平 的 提 高 创 造 生 产 条 件, 最 终 促 进 中 国 国 民 经 济 快 速 稳 定 地 发 展 参 考 文 献 [1] Kondo N, Monta M. Basic study on chrysanthemun cutting sticking

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