农业机器人在农业中应用

王家硕 陈炳舟 杨广召 朱家玮 雍飞

摘 要：物联网技术与农业技术的紧密结合，使得智慧农业在农业生产中的应用日益广泛。农业机器人是智慧农业的新兴领域，也是近年来的研究热点。农业机器人在减少人力投入、提高生产效率、改善生产品质等方面发挥着重要作用。农业智能车是目前应用较广泛的农业机器人装备，可有效弥补现有智慧农业系统灵活性、机动性不足的缺陷，提高农业生产监测精度，拥有广泛的应用前景。该文阐述了国内外农业机器人的常见类型，分析了国内农业机器人的研究现状及问题，并对其未来的发展和应用进行展望。

关键词：农业机器人;国内外现状;问题

中图分类号 S126;TP242.6文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）20-0132-02

Application of Agricultural Robots in Agriculture

WANG Jiashuo et al.

（College of Information Engineering， Tarim University， Alar 843300，China）

Abstract： The close combination of Internet of things technology and agricultural technology makes the application of Intelligent Agriculture in agricultural production increasingly popular. Agricultural robot is an emerging field of agricultural intelligence， and gradually becomes a research hotspot in recent years. Agricultural robot plays an important role in reducing human input， improving production efficiency and improving production quality. Agricultural intelligent vehicle is currently widely used agricultural robot equipment， which can effectively make up for the shortcomings of the existing intelligent agricultural system in terms of flexibility and mobility， improve the accuracy of agricultural production monitoring， and has a wide application prospect.This paper describes the common types of agricultural robots at home and abroad， and discusses the research status of domestic agricultural robots in detail.

Key words： Agricultural robot; Current situation at home and abroad; Problem

近年来，随着工业化进程不断加快，我国农业机械化水平显著提高，农业机器人在农业生产中的地位越来越重要。农业机器人涉及的层面十分广泛，是集计算机技术、传感器技术、通信技术和制造技术等多种前沿技术于一体的综合体。在农业生产中，针对不同地形，移动机器人配有不同载体平台，如履带式机器人、高地隙轮式机器人、步行式和轮履式机器人等;不同的工作环境也对应着不同种类的机器人，如采摘机器人、嫁接机器人、耕耘机器人、施肥以及喷雾机器人和除草机器人等。采用农业机器人可代替人们进行笨重且繁琐的劳动，提高机械化与自动化水平，增加农户经济效益。

1 国内外研究现状

20世纪50年代，科学家们已逐渐开始关注移动机器人领域。20世纪70年代，移动机器人在农业上的应用发展越来越成熟，国内外大量学者、研究机构都对农业机器人进行了研究，且取得了诸多成果。

1.1 国外研究现状

1.1.1 采摘机器人 1995年日本冈山大学研发出棚室采摘的履带式机器人，采用ccd摄像头对果实进行识别和定位，在机械手臂控制下，机器人可以完成果实喷药、施肥、采摘等一系列动作。1996年，荷兰一所农机研究所（IMAC）研制出专门用于采摘黄瓜的机器人。该机器人装备了红外识别系统，可对黄瓜实行精准定位并进行采摘，可将采摘的黄瓜放入机器人自身携带的储物箱内，整个过程可以实现自主完成。近年来，英国的研发团队研制出蘑菇采摘机器人，作物识别率可以达到84%，收获率达到80%，果实采摘完成后完整率可达到62%。

1.1.2 嫁接机器人 育苗嫁接技术虽然在欧洲国家早已普及，但嫁接类机器人研发产品却非常少。1989年日本使用TGR 技术成功研制出一种嫁接轮式机器人。该机器人能够自主完成切断、合位、接苗步骤，完全满足农作物的嫁接工作要求，嫁接过程中可自主判断是否缺苗并自动跳过，嫁接成功率可达97%。2003年，洋马公司研制的T600嫁接机器人极具代表性，能够自主实现砧木和接穗的削切、对接等工作，平均成功率可达90%。2004年，Idealsystem公司研制出全自动嫁接机器人。该机器人采用五角形陶瓷针进行结合，生产效率大幅提高，约1200株/h。

1.1.3 耕耘机器人 耕耘机器人的技术难点在于精确定位。1994年，芬兰农业研究所首次研究出自主行走的耕作機器人，机器人平台采用履带式，利用GPS定位技术和电机调速技术相融合，对机器人进行差速导航。近年来，日本电子技术综合研究所研制出耕作机器人，该机器人可通过传感器对田间环境进行判别，同时根据GPS判断自身位置进行行走作业，工作效率远远高于人工。

1.1.4 施肥及喷雾机器人 施肥及喷雾机器人需要实现田间自动行驶功能，同时还要具备分析土壤成分、配制营养液和精准施肥的能力。2009年，美国苏明达拉州农机公司研发出施肥机器人，该机器人可自动对土壤进行检测分析，并可根据分析结果适量施肥。澳大利亚农业研究所研制出一种节约型喷雾机器人，该机器人具有视觉传感器，速度传感器和定位传感器等多种装备，能够识别杂草并进行精准施药，除草剂用量仅为人工的10%。

1.1.5 除草机器人 1988年，美国加州大学WONSUKLEE等以耕作机器人为平台，研制出基于视觉导航的除草机器人。该机器人获取图像通过贝叶斯算法将杂草与农作物分离开来，经控制器操作设备对杂草进行精准施药，精准施药率最高可达96%。瑞典的Halmstad大学制出一种机械式除草机器人，采用ccd相机识别农作物，控制机器人沿农作物方向行走，利用相机对杂草进行识别，最后采用机械除草机清除杂草，除草准确率可达65%。

1.2 国内研究现状

1.2.1 嫁接机器人 1988年，中国农业大学研发出一款2JSZ—600型蔬菜嫁接机器人，可在计算机控制下，实现取苗、接合、排苗等一系列复杂工作。2005年，东北农业大学设计出JC-350型嫁接机器人，该移動机器人采用了直插嫁接法，嫁接成功率可达90%以上。2005年，中国农业大学根据管套式嫁接特点，研发出了管套式蔬菜嫁接机器人。

1.2.2 除草机器人 饶洪辉等研制的基于视觉导航的化学除草机器人是国内具有代表性的除草机器人，以拖拉机为平台，配置药物喷洒装置，摄像头捕捉图像，计算机进行处理分析，识别出杂草，启动喷药装置对杂草进行农药喷洒，可实现最大喷洒误差不超过10cm。黑龙江八一农垦大学研制的机械手抓式除草机器人采用土槽试验车为平台，将除草装置放置平台前端，首先采用DMK21AG04型摄像头进行图像采集，利用OpenCV进行图像处理，然后利用电机驱动机械手进行杂草清除，杂草识别率达到95%，具有很高的实用性。

1.2.3 采摘机器人 2009年，东北农业大学对采摘机械手的控制系统进行了深入研究;同年，华南农业大学实验研究所将重心投入到番茄采摘机器人，对移动机器人控制系统进行了重点研究。2011年中国农业大学成功研发出黄瓜采摘机器人，在国内极具代表性，它利用摄像头捕捉果实，判断成熟度并进行采摘，整套识别采摘只需15s即可完成。目前，我国农业机器人研究主要还是以高校为主，虽然在某些关键领域取得了突破性进展，但与国外还是存在较大差距。

2 存在的问题

从目前国内外农业机器人的研究及应用情况看，农业机器人完全可以代替人类从事一些农业劳动，但要达到普及化，还存在2个关键问题：（1）农业机器人的价格高昂，一般农户及经营主体难以承担;农业生产具有季节性特征，间接造成农业机器人使用效率低下。（2）农业生产要求机器人的智能程度能够识别复杂的环境，而目前农业机器人智能体系还不够完善。

3 展望

随着全球农业生产的规模化进程不断加快，各个国家对农业机器人的需求必将持续增加，未来农业机器人在农业中的应用将会更加广泛。目前发展农业机器人的瓶颈是成本和高度智能化问题，但未来农业机器人一定是低成本且高适应性的。目前，我国经济持续快速发展，加快农业现代化建设是我国当前和今后的重要任务。中央及各级政府对农业扶持力度持续加大，相信农业机器人将会成为我国未来农业的重要装备。

参考文献

[1]张凯良，褚佳，张铁中，等.蔬菜自动嫁接技术研究现状与发展分析[J].农业机械学报，2017，48（03）：1-13.

[2]张莉，陈树人，褚德宏.除草机器人研究现状与趋势[J].农业装备技术，2015，41（02）：6-10.

[3]王楠，弋景刚，张秀花.番茄采摘机器人识别与定位技术研究进展[J].中国农机化学报，2020，41（05）：188-196.

[4]李丹，史云，李会宾，等.农业机器人研究进展评述[J].中国农业信息，2018，30（06）：1-17.

（责编：徐世红）