我国农业机械自动化问题研究

吕义豪

【摘要】农业作为第一产业，在国民经济的发展中起着基础性作用，本文首先介绍了我国农业机械自动化的含义和分类，分为农业机械及装置的部分自动化、无人自动化和农业机器人三种；然后从农业机械及装置的部分自动化应用情况，农业机械及装置的无人自动化应用情况和农业机器人的应用情况这几个方面分析了我国农业机械自动化的研究应用现状；接着从解决劳动力短缺和提高产量，促进生产的现代化指出了农业机械自动化的重要意义，对现阶段推进我国农业机械自动化具有重要指导作用。

【关键词】农业 机械 自动化

农业作为国民经济的基础性产业，涵盖的范围很广。一方面，农业囊括了农作物的种植、生长和收获的过程；另一方面，农业也指农产品的再生产、存储和跨地区的调配等问题。。农业环境是复杂的和松散的，经常导致减产。过去农业主要受自然环境的影响，现在随着农业科学技术的发展，特别是农业机械化的发展，自动化的提高，农业开始向优质高效安全的方向发展。复杂的农业生产与集约化的生产发展相联系，农业机械自动化可以降低时间和成本，使生产更稳健。这些机械通常由技术手水平不高的人员操作，因此，安全性和可靠性也需要考慮。

一、我国农业机械自动化及分类

农业生产率的提高主要通过集约化、机械化和自动化来实现。农业机械自动化指农业机械和设备的操作和工作模式与人的感官和手工相分离，按照设置自动进行的生产方式。工业中的自动化主要处理相对简单的任务，农业环境相比较为复杂多变，需要的技术水平较高。引进自动化为农业降低了生产成本，减少了手工劳动的辛苦劳作，提高了生产的质量，可以更好的适应自然环境。

农业机械的自动化主要是单方向模式，单一输入或单一输出，例如自动收割机、玉米秸秆收割机等，传感器以及微处理机的不断升级，现在多方向的农业机械自动化装置早已投入使用，促进了自动化的进一步发展，总体来说，现在主要分三个阶段。

1、 农业机械及装置的部分自动化。

农业机械及装置的部分自动化主要是提高作业的效率、减少手工劳动量，降低人力成本，提高资源的使用效率，将化肥、种子和农药等分配为最科学的比例，应用的种类比较多。传感器控制和实现的功能比较多，具有机械传感器的配合驱动可以在农业经营中根据生长条件设置自动化模式，例如视觉引导拖拉机，产品分级系统，种植和收获，灌溉和肥料喷头等。

2、农业机械及装置的无人自动化。

无人自动化的应用范围是作业内容简单、技术难度比较低、危险性高、时间强度高的重复单调的工作中，例如粮食烘干机、旋耕机、秸秆成型机、喷灌设备等。机械化和自动化的例子很多。自动车导航系统包括话务员辅助转向系统、自动转向系统和自主系统。这些系统可以减轻车辆驾驶员的重复而单调的转向操作。在研究农业机械自动化的过程中自动导引一直很活跃的。在农业机械及装置的无人自动化应用中引进了全球定位系统（GPS），自动导引技术已经被成功地商业化。

3、农业机器人。

农业机器人是农业机械自动化的一种高级阶段，它由一系列复杂的程序和软件控制，根据不用的情况设置了不同的功能，正在向着智能化方向演进。机器人应用到农业领域有很多，提高了农业生产的效率。机器人拖拉机就是其中的一个例子，该系统组成部分包括车辆，移动控制单元，以及一个基站；所有被通报由无线CAN系统。一个DGPS和INS是作为定位传感器。包括车辆控制转向、刹车、离合器、三点式悬挂、动力输出、以及油门。长程障碍检测系统有助于提高车辆的安全性和灵活性。其中一个关键的发展在该项目的路径和使命规划，其中包括动态重新计划用于动态服务事件。该系统设计遵循了行业联合架构无人地面系统（JAUGS）架构。

二、我国农业机械自动化的研究应用现状

1、农业机械及装置的部分自动化应用情况

部分自动化主要作用是提高现有农业机械的使用效率、作业精度和降低成本。农业的机械化始于收获的机械化，以采棉机、机械主轴干草打包机为代表，随着经济社会的发展，农业机械向着精细化方向发展，生产性提高，用户友好性提升。农业机械化促进了农业机械自动化的发展，建立了一个坚实的基础。农业机械自动化提高了生产的效率、可靠性和精度，减少了人类的干预需要。

2、农业机械及装置的无人自动化应用情况

早期的自动化系统主要是二手机械和液压机械控制装置。电子开发监测和控制雄霸机械设计，并推动了机械自动化和智能化的发展。机电一体化技术，融合了力学、电子和计算机技术，经常被应用到设计现代的自动化系统。自动化现代农业机械更复杂，不是单一的控制作用；例如，现代联合收割机具有自动控制头部高度、行进速度、拨禾轮转速、转子转速、凹开放、并筛孔的功能，以优化整个收获的过程。农业机械拖拉机包括运输车辆、耕作和播种机械、施肥施药和植物保护的应用设备，收割机、以及收获后设备保存和处理的农产品。

3、农业机器人的应用情况

机器人在工业领域的应用已经取得了很大的成功，在农业领域的发展也大大提高了农业生产水平，促进了农业向现代化和科技化方向转型，有利于农业的产业结构升级。现在应用的比较多的是采水果的机器人，比如采橙子机器人、水果分级机器人。其中水果分级机器人系统有两到三个自由度机械手，16个吸盘作为终端效应，以及16个机器视觉系统，16个彩色摄像头和36个照明设备组成，也可以应用到番茄，桃，梨，苹果，和其他水果。具体流程如下：第一，当机器人收到产品，四个容器的块（一个块由十个集装箱构成）被装载在一个托盘；第二，容器的块被提升到第二层，分级制度，其中主要部分工作，以及一个容器隔板发送容器逐一经过条形码阅读器；第三，从连接的每个条形码获取信息后，到另一个容器中，该容器被发送到机器人，水果提供给机器人；第四，机器人使用吸盘来吸水果，并将它们移动到一个中间阶段；第五，另一个机器，分级机器人根据从底部和侧面有电视摄像机拍摄的水果图片，再次从中间阶段挑选水果；第六，.机器人边用托盘在输送线传送水果边用照相机拍摄俯视图；第七，外观检查后，内部条件和糖分含量是用红外分析检查传感器获得；第八，水果通过内部质量传感器盒后，瓦楞板纸箱机器人根据它们的分级结果、等级、尺寸和种类装箱，水果品种名称被印在包装盒表面通过喷墨打印机，所述箱被关闭并密封；第九，最后，将箱转移到调色板，装入卡车进行营销。人工智能的发展使得机器人的作业精度和使用范围越来越广，在蔬菜、花卉方面的应用也日臻成熟，有利于大规模生产，提高产品的质量，降低成本，节约劳动力。