农业机器人的主要应用领域和关键技术

2019-11-30陈景帅

电子技术与软件工程 2019年17期

文/陈景帅

随着科学技术的发展，机器人的发展越来越受到各个国家的重视，尤其是农业机器人的发展和应用，因为发展农业是发展民生之本，在各行各业逐渐走向现代化的同时，农业领域的现代化和科技化越来越受到广泛的重视，国家致力于发展农业科技，将其应用于农产品生产等各个领域，推动农业趋向现代化以及科技化发展。伴随着电子技术和计算机技术的发展，只能机器人已经在很多领域得到了广泛的应用，在农业生产过程中，因为容易造成植被的损坏以及环境污染问题，传统的机械生产难以做出有效的应对，为了有效解决这类问题，国内外都在着力研究农业机器人的问题，尤其是在一些发达国家，从事农业的工作人员较少，劳动力较为紧缺，对于一些高质量、高水平的农业机器人的需求十分迫切，同时农业机器人能够有效地解决并适应生物技术的发展问题，对于我国来说，因为机械化以及自动化程度的发展不完善，也十分迫切的需要解决农业机器人的研发和应用问题。本篇文章主要针对农业机器人的主要应用领域以及关键技术进行简要的分析和探讨。

1 农业机器人概述

农业机器人作为农业领域的高新科技，拥有出色的感知能力和决策能力，能够实现一些基础的判断和活动，并且能够通过结合客观的环境以及机器自身的运作情况定量并保质完成程序中设定的工作。当前农业机器人的工作实现方式主要有两种，一种是利用当前现有的机器人完成具体的农业生产活动，另外一种是研究出专门的机电系统来实现具体的农业生产活动，这两种模式下的机器人有特定的功能，只能适用于具体的环境，应用范围受限，对于系统的发展以及改进而言是不利的，并且一些自然因素导致机器人的使用频率不高，也导致生产成本的增加。针对这一问题，世界各国纷纷开始着手研究能够开放应用于各中环境的农业机器人。

2 农业机器人的应用领域探讨

农业机器人是一种以农业产品为具体操作对象的，拥有具体的感知以及活动功能，能够重复编程和应用的自动化或者半自动化的设备，能够降低人工操作的强度，解决劳动力紧缺的问题，能够提升劳动效率和工作质量。因此国内外很多国家都十分注重农业机器人的研究开发和应用，尽管因为农业生产的技术特性和经济特性，农业机器人的适用并没有常规化，但是已经取得了十分可观的应用实效。在实际应用过程中，主要存在以下几个应用领域：

2.1 嫁接机器人

嫁接机器人技术是一种融合了机械、自动化控制以及园艺技术的高新技术，其在具体的应用上可以实现在很短的时间内处理繁重的嫁接工作，解决了人工嫁接工作当中存在的低效率问题，我国政府对于嫁接机器人的发展也提供了丰厚的政策支持，也已经研发出蔬菜嫁接机器人，能够很好地应对蔬菜幼苗的具体特性带来的农业生产难题，完成了蔬菜嫁接的精准定位、快速获取以及稳定的切削问题，嫁接机器人可以实现砧木、穗木的取苗、切苗、接合、固定等嫁接过程的自动化处理，嫁接机器人可以实现一小时上百棵嫁接的工作效率，并且嫁接工作的成功率十分可观，能够达到百分之九十五，极大的促进了果树以及蔬菜生产产业化发展和规模化发展。

2.2 移栽机器人

机器人在蔬菜、花卉、苗木、株苗等的移栽方面也有一定的应用。利用机器人的信息传感功能以及智能化功能，能够有效地识别出苗的质量，并作出移栽到指定未知的决策，除去坏苗，机器人能够减少工人的劳动量，减少人工成本，提升移栽的操作水平以及移栽工作的效率。移栽机器人可以根据树苗以及农作物苗的发育状态，依据管理人员设定的程序利用摄像器传递并识别一些枝丫，用机械装置来修建作物。

2.3 灌溉、喷洒农药机器人

机器人在温室大棚的灌溉、施肥以及喷洒农药等领域的应用也十分成熟，机器人发挥信息采集以及处理等方面的优势，依据光反射和折射的原理，通过对作物的需水量的准确预测，通过对土壤的具体情况来解决施肥的准确量，降低工作成本，并能够有效地改善地下水的质量避免产生环境污染，机器人在农药喷洒方面的应用，其中主要的优点在于规避了人和农药的直接接触，利于农业工作人员的安全以及健康，同时由于机器人的应用让农药喷洒的准确性提高，能够通过降低农药的使用量来减少污染。

2.4 自动采摘机器人

农业机器人在农产品的自动采摘方面的应用十分广泛，机器人在农产品采摘方面可以有效地应用机器人的信息感知工功能，能够有效地识别被采摘作物成熟程度，保障采摘到的果实的质量，机器人采摘能够有效代替人工操作。农业机器人能够有效地应用于番茄、洋葱、马铃薯等蔬菜的采摘，另外在一些水果的采摘方面的应用也是比较广泛的，其收获率以及采摘完整率是有相当明显的优势的。

2.5 分拣机器人

在蔬果采集完毕之后，机器人可以对一些农产品进行分类和分级，区别出相同尺寸以及相同品种的蔬菜及果物，利用一些传感器和智能识别技术能够去别处高档次以及洁净的蔬果，在分选的过程中，被分选的产品以及外观的形态和内在的品质和成熟程度以及损坏等特征比较复杂，人工操作往往会出现纰漏。引入农业机器人来处理农产品的分拣工作，能够有效降低产品的劣品率，降低成本，并改善劳动环境。

3 农业机器人发展中的关键技术分析

农业机器人是一种复合型技术产品，和传统的工业型机器人相比，其结构、处理对象以及工作环境都相对复杂。农业机器人的发展需要尝试在一些关键的技术领域获得发展和突破，这些关键技术主要包括以下几个方面：

3.1 三维空间的持续运作技术

机器人在田园以及田野中自由移动，其移动以及定位技术十分复杂，涉及到多种复杂的环境因素，想要应对并处理这些复杂的因素带来的问题，就需要研发一种能够帮助农业机器人精准定位以及按照既定方向行走的导航系统，不仅需要陀螺仪、雷达以及激光装置的配备，也需要应用卫星定位系统，来有效解决传统的机器人无法识别具体路况的问题。

3.2 对目标的随机未知的准确感知以及处理装置的精确定位

因为处理对象是蔬果等位置随机的个体，他们形状各异，生长位置也是不固定的，并且容易受到光线以及风力等不确定的因素的影响，所以，农业机器人的处理装置也需要拥有敏锐以及准确的智能识别功能，能够有效地发现处理对象的位置并做好准确地感知，并在获取位置信息的基础上来准确感知被处理对象的位置，基于位置信息来作出一些固定的应对，机械手的柔性动作处理技术是未来需要重点研究的领域，机械手行动需要足够自由和灵活，并且能够从不同的方向抓到目标对象。