农业机器人(智能农业装备)集锦

音邱峰

杜永年秦海生

农业机器人是用于农业生产的特种机器人，是一种新型多功能智能化农业机械，是“互联网+”在农业机械上应用的结果。农业机器人的问世，是现代农业机械发展的成果，是机器人技术和自动化技术互融发展的产物。农业机器人的出现和应用，使农业装备有了人一样的思考和判断能力，会“代替”人从事农业生产，会彻底改变传统的农业劳动方式，大大提高劳动生产率，使农业劳动真正变成田园牧歌，农民则成为受尊敬的职业，促进现代农业的发展。这里介绍几款典型的农业机器人，供智能农装研发生产者和农业生产经营者参考。（1）施肥机器人。由美国一家农业机械公司的科技人员推出，会从不同土壤的实际情况出发，适量施肥。它的准确计算合理地减少了施肥的总量，降低了农业成本。由于施肥科学，还能使地下水质得到改善。国内已研制并应用基于GPS或北斗定位导航的智能化变量播种、施肥、旋耕复式作业机具。使用表明，这种智能化机具可一次完成耕整地、播种、施肥等多种作业。操作简单，通过电脑显示屏设置和调控机具作业参数，作业效率、质量明显提高，达到节种、节肥、节药、节能降耗之目的。2BYFZ-4智能型玉米精量播种施肥机，采用自主研发的种、肥专用传感器，具有种子和肥料检测与自动补种、补肥、自动疏通装置，以及基于CAN总线专用控制器与触控软件系统。前者完成已播种数、重播数、漏播数的计量，以及缺种、堵塞故障报警、自动化补种；后者能实现株距与施肥量的电动无级调节。（2）除草机器人。美国研究人员开发的除草机器人所使用的是一部摄像机和一台识别野草、蔬菜和土壤图像的计算机组织装置，利用摄像机扫描和计算机图像分析，层层推进除草作业。它可以全天候连续作业，除草时对土壤无侵蚀破坏作用。我国对自动对靶喷雾技术等识别性变量喷药进行了长时间的深入研究，并已开发出相应机具应用于农业生产。如将红外探测技术、自动控制技术应用于喷雾56【本栏编辑段晋会】

机上，研制出果园自动对靶喷雾机，较好地解决了现行果园病虫害防治问题，大大提高了农药利用率，减轻甚至消除了药害，解决了环境污染问题。（3）柑桔采摘机器人。西班牙科技人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成，能够从桔子的大小、形状和颜色判断出是否成熟，以决定可不可以采摘。它作业速度极快，摘柑桔效率达60个/min，而手工作业效率仅8个/min。另外，通过装有视频器的机器手，能对摘下来的柑桔按大小马上分类。我国已研制成功果蔬智能采摘机器人，为了实现对樱桃、番茄果串的识别定位，提出一种基于视觉伺服技术的激光主动测量方法，通过实时获取果串内果粒的图像坐标，控制执行部件动态调整摄像机的空间姿态，对不同果粒进行对靶测距，并据此测算果串外形参数，为采摘机器人自动采收提供依据。适用范围：樱桃、番茄的采摘。（4）蘑菇采摘机器人。美国西尔索农机研究所发明的这种机器人装有摄像机和视觉图像分析软件，用来鉴别所采摘蘑菇的数量及属于哪个等级，从而决定运作程度。机上的红外线测距仪测定出田间蘑菇的高度之后，真空吸柄就会自动伸向采摘部位，根据需要弯曲和扭转，将采摘的蘑菇及时投入到紧跟其后的运输机中。采摘蘑菇作业效率达40个/min，是人工的2倍。（5）挤奶机器人。英国剑桥大学的奶牛场，机器人安装在奶牛圈舍旁边，奶牛一旦需要挤奶，会自动排队等待机器人服务。这时，机器人会先对奶牛的乳房进行扫描定位并进行清洁消毒，通过自动感知把吸奶嘴固定好，然后挤奶。挤奶机器人挤奶过程中对奶质进行检测，检测内容包括蛋白质、脂肪、含糖量、温度、颜色、电解质等，对不符合质量要求的牛奶，自动传输到废奶存储器；对合格的牛奶，机器人也要把每次最初挤出的一小部分奶弃掉，以确保品质和卫生。挤奶机器人还能自动收集、记录、处理奶牛体质状况、泌乳数量、每天挤奶频率等，并将其传输到电脑网络上。一旦出现异常，会自动报警，大大提高了劳动生产率和牛奶品质，有效降低了奶牛发病机率，节约了管理成本，提高了经济效益。据调查，挤奶机器人的使用，可以提高奶产量20%～50%。（6）放牧机器人。澳大利亚的发明家创造出一种像牧羊犬的机器人，它能在农场上代替传统的放牧劳力（人或牧羊犬）。它使用2D感应器和3D感应器，且内置了全球定位系统，能够根据牛群的运动速度来赶着它们移动。牛群被机器人赶着不断绕圈走，有意思吧。目前，这款机器人已通过应用测试阶段，使用效果理想。（7）葡萄园机器人。法国的发明家发明了专门服务于葡萄园的机器人，并把它命名为Wall-Ye。它几乎能代替种植园工人的所有工作，包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等。除此之外，Wall-Ye比现有的种植园机器人多出一种功能———安全系统。Wall-Ye只能在由程序设定好的种植园工作，危险情况下还能启动自我毁灭程序。（8）育苗和移栽机器人。育苗工作大部分内容都是把盆栽作物搬来搬去，单调而枯燥，浪费人力而且效率不高。美国波士顿的育苗机器人很好地解决了这个问题。这种育苗机器人由滚动轮胎、抓手和托盘组成。工作人员只要在触摸屏上设定地点参数，机器人就能感应盆栽，并自动把它们移动到目的地。德国科学家研发出一款名为BoniRob的农业机器人，它配备高精度的卫星导航，能将自己的位置精确到2cm以内。其外形像四轮越野车，工作原理是利用光谱成像仪来区分出绿色作物和褐色的土壤，在行进中记录每株作物的位置，在生长季中一次次返回原地观察它们的生长状况。（9）蜜蜂机器人。据《科学》杂志报道，这种机器人的设计灵感来自苍蝇仿生学。蜜蜂机器人拥有极薄的翅膀和由压电致动器制成的“飞行肌肉”。这些压电致动器是在应用电场时可以扩张和收缩的陶瓷条。每个翅膀都被固定在线腿上方一个细长碳纤维躯干的顶部。和真正的苍蝇一样，这些翅膀可独立活动、旋转和拍打。拍打翅膀产生向下气流，使蜜蜂机器人升到空中。它的向前和向后飞行是靠倾斜身体完成的。（10）棉花采摘机器人。对农民来说，收棉花是一件苦差事。而且人工采棉耗费的成本相当大，所投入的劳动力约占整个生产过程的50%。如在新疆生产建设兵团，种植700万亩棉花，每年付出拾花HANG行YE业CAI采FENG风采摘费近4亿元。南京农业大学工学院副教授王玲所在的团队研发出一种机器人，不仅可以采摘棉花，还能迅速、准确地判断出籽棉的品级，从而避免重复或无谓劳动。而在种植时，只需让棉花植株的种植间距满足机器人的宽度，棉田留予一定的条宽来满足采摘机械手的工作幅宽。（11）喷雾打药机器人。这是一台三四人高的庞然大物，其绿色外壳造型特异，酷似科幻影视作品中的“外星人”，它其实是北京一家植保公司与意大利、西班牙合作生产的喷雾机。据了解，发生玉米粘虫灾害时，农民大概以每人150元/天的价格雇人打药，仍雇不到足够的人手。而玉米成熟时秸秆高度一般都接近2m，普通的悬挂式喷杆喷雾机根本下不去地，农民只能看着干着急。而这种“外星机器人”可自由调节行距和高度，其独特的设计可轻松进入各种高度作物的田地，不会对作物造成损伤。目前发达国家在农业机器人研发上投入较多，进入使用的农业机器人有近200款。近年来，我国在农业机器人（智能化农业装备）研发上突飞猛进，取得了大量成果，并应用于农业生产。如智能化的拖拉机、智能化耕耘播种施肥机械、智能化灌溉机械、智能化施药机械、智能化收获机械、智能化设施农业装备、农业机器人等，皆有国产装备供给。但总的看，起步晚，进展快，后来居上却需时日。从国内外农业机器人研发应用看，我国农业机器人研制应从以下方面求突破：一是智能化的农作物识别定位系统。包括硬件和软件的图像、信息处理。目前，识别定位方法除了机器视觉外，还应用到激光及超声等技术手段。双目立体视觉、主动移动式视觉应该受到关注。二是柔性采摘灵巧手取代机械臂，以减少对作业对象的损伤，提高其实用性。三是应研发专用型机器人。农业生产品目繁多，我们不能指望研发通用型农业机器人。农业生产中品种、高矮、大小、形状、软硬、作业要求等各不相同，因此几乎每种生产都要有相应的机器人。这一方面说明了工作的难度大，但另一方面也展示了其广阔的前景，以及其潜在的巨大市场需求。因此，我国要后来居上，赶超先进技术，研制工作应走引进吸收、借智创新、超越提高的路子，以尽快形成我国农业机器人（智能化农业装备）体系，满足农业发展对农业装备转型升级的要求，提高农业智能化水平，推动农业现代化发展。END【本栏编辑段晋会

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