農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用及發(fā)展分析研究 機(jī)械制造專業(yè)

農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用及發(fā)展摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，越來(lái)越多的新技術(shù)也開(kāi)始得以運(yùn)用。本文從農(nóng)業(yè)機(jī)器人入手，分析其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出農(nóng)業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題，闡述了其發(fā)展前景，旨在為農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論和實(shí)踐參考。關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)器人；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；前景ApplicationandDevelopmentofAgriculturalRobotsinAgriculturalProductionAbstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,moreandmorenewtechnologiesarebeingusedinthecurrentagriculturalproduction.Startingwithagriculturalrobots,thispaperanalyzestheirapplicationinagriculturalproduction,pointsoutthemainproblemsexistingintheapplicationofagriculturalrobots,andexpoundstheirdevelopmentprospects,aimingatprovidingtheoreticalandpracticalreferencesforthepopularizationandapplicationofagriculturalrobotsinagriculturalproduction.Keywords:agriculturalrobot;agriculturalproduction;prospect

目錄1引言 42農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) 42.1作業(yè)對(duì)象復(fù)雜 42.2作用環(huán)境多變 42.3作用路線特殊 42.4機(jī)器具有普遍適用性 43農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 53.1機(jī)械手農(nóng)業(yè)機(jī)器人 53.2噴藥機(jī)器人 53.3嫁接機(jī)器人 53.4除草機(jī)器人 53.5施肥機(jī)器人 64農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究存在的問(wèn)題及對(duì)策 64.1農(nóng)業(yè)機(jī)器人存在的問(wèn)題 64.1.1農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問(wèn)題 64.1.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本過(guò)高問(wèn)題 64.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施 65展望 7參考文獻(xiàn) 8致謝 91引言隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，我國(guó)的綜合國(guó)力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力也得到了不斷改善，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提升帶來(lái)了很多機(jī)遇，但是由于我國(guó)近年來(lái)耕地面積的下降以及人口速度的增長(zhǎng)，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化和智能化提出了更好的需求，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也隨之產(chǎn)生[1]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，機(jī)械化是其發(fā)展過(guò)程中的里程碑，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也是農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)走向成熟的重要標(biāo)志，能夠結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械化手段以及智能方式，為農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。2農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人有著較高的生產(chǎn)效率，并且在實(shí)際的操作中能夠?qū)θ说淖鳂I(yè)行為進(jìn)行真實(shí)呈現(xiàn)，使其能夠在生產(chǎn)技術(shù)的輔助下代替人們?cè)谝恍┠婢抄h(huán)境中進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量[2]。相比于傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，農(nóng)業(yè)機(jī)器人所處的作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，并且能夠通過(guò)對(duì)外界信息有著比較敏感的感知能力，從而表現(xiàn)出其作用，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：2.1作業(yè)對(duì)象復(fù)雜和工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人相比，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象更加復(fù)雜，農(nóng)產(chǎn)品具有很多種類，并且就算同樣的品種之間，也會(huì)因其生長(zhǎng)狀態(tài)的差異而產(chǎn)生形狀大小的差別[3]。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作用對(duì)象是農(nóng)作物，因此在使用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意對(duì)于不同類型農(nóng)作物的區(qū)分，并且更好的區(qū)分農(nóng)作物和田間雜草之間的區(qū)別，避免在操作的過(guò)程中造成對(duì)農(nóng)作物的影響，造成對(duì)農(nóng)作物的損害。2.2作用環(huán)境多變由于農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境是具有開(kāi)放性的，并且不同的作物對(duì)于外界天氣、光照以及溫度等方面因素的需求也是不同的，這就要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要具備這種適應(yīng)多變環(huán)境的能力[4]。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)器人常常會(huì)受到作業(yè)場(chǎng)地地形的影響，還容易被季節(jié)、大氣濕度以及光照等因素影響，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的要求也不斷提升，需要其能夠適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的自然環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能化的判斷和科學(xué)化的推理，以更好的應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)。2.3作用路線特殊農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作用路線通常是曲折前進(jìn)的，因此在行走的過(guò)程中常常需要?jiǎng)幼鞣缺容^小，對(duì)于一些間隙較窄的農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，也需要農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)動(dòng)作作出改變，從而能夠發(fā)揮其作用，體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)械化和智能化。2.4機(jī)器具有普遍適用性農(nóng)業(yè)機(jī)器人的操作性強(qiáng)，并且具有普遍適應(yīng)性，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很容易得到推廣，但是也為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)和制作提出了更高的要求，需要其具有較高的安全性、易操作性以及易維護(hù)的特點(diǎn)，但是又要保證其經(jīng)濟(jì)適用性，使其能夠在可以接受的經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)得以推廣，避免出現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用較差的現(xiàn)象[5]。3農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人，能夠有效提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)水平和質(zhì)量的提高，機(jī)器人在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要包括以下幾種：3.1機(jī)械手農(nóng)業(yè)機(jī)器人機(jī)械手農(nóng)業(yè)機(jī)器人采用了仿生學(xué)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，具有與人體類似的機(jī)械手，能夠模仿人的操作，通過(guò)對(duì)機(jī)械手機(jī)器人進(jìn)行智能化的控制，就可以使其輔助生產(chǎn)[6]。應(yīng)用機(jī)械手機(jī)器人進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，首先要對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的對(duì)象進(jìn)行辨別，這就需要開(kāi)發(fā)不同類型的傳感器，在對(duì)生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別時(shí)，能夠提高識(shí)別的靈敏性，更好的開(kāi)展作業(yè)。當(dāng)前，機(jī)械手系列的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要是移動(dòng)式機(jī)器人，常見(jiàn)的有西瓜采摘機(jī)器人、蘋果采摘機(jī)器人以及柑橘采摘機(jī)器人等[7]。3.2噴藥機(jī)器人噴藥機(jī)器人最早實(shí)在日本開(kāi)始出現(xiàn)的，其外形呈汽車狀，并且在噴藥機(jī)器人的內(nèi)部主要設(shè)置了自動(dòng)噴藥控制器、感應(yīng)器以及壓力傳感器，因此，在噴藥機(jī)器人使用之前，應(yīng)當(dāng)首先在農(nóng)田中安裝電纜，使其能夠產(chǎn)生工作磁場(chǎng)，向噴藥機(jī)器人發(fā)起信號(hào)，從而能夠使其進(jìn)行農(nóng)藥的噴灑[8]。在噴藥機(jī)器人的作用階段，其能夠通過(guò)感應(yīng)器對(duì)于周圍的樹木進(jìn)行識(shí)別，從而能夠進(jìn)行噴藥，而其內(nèi)部的傳感器也能夠根據(jù)電纜的信號(hào)而對(duì)噴藥的方向加以區(qū)分[9]。最后，在噴藥機(jī)器人的作用中，還能夠區(qū)分周圍的作物與障礙物之間的區(qū)別當(dāng)發(fā)現(xiàn)障礙物，就會(huì)變化方向，因此體現(xiàn)出較強(qiáng)的智能化。3.3嫁接機(jī)器人隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣，我國(guó)在作物嫁接方面也獲得了良好的發(fā)展效果，因此，對(duì)于嫁接機(jī)器人的需求也較多，當(dāng)前主要是利用傳感技術(shù)和識(shí)別技術(shù)，對(duì)于其應(yīng)當(dāng)作用的植物來(lái)進(jìn)行定點(diǎn)區(qū)分，在鎖定植物后再進(jìn)行接下來(lái)的嫁接過(guò)程，從而能夠大幅度的降低人力在其中的作用，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)的智能化和自動(dòng)化。當(dāng)前我國(guó)的嫁接機(jī)器人主要是在西瓜、黃瓜等植物的嫁接中所使用。3.4除草機(jī)器人除草機(jī)器人主要是結(jié)合了智能化拖拉機(jī)和計(jì)算機(jī)定位方式而產(chǎn)生的，其在工作的過(guò)程中也是先對(duì)周圍環(huán)境中的植物進(jìn)行判定，確定雜草的位置，經(jīng)過(guò)信號(hào)的轉(zhuǎn)化和傳遞，從而能夠使電腦獲得相應(yīng)的信息，并且在特定的位置施加除草劑，實(shí)現(xiàn)智能化除草[10]。因此，通過(guò)除草機(jī)器人的使用，不僅能夠解放勞動(dòng)力，改善除草的準(zhǔn)確度和效率，還能夠節(jié)約資源，減少除草劑的使用量。3.5施肥機(jī)器人施肥機(jī)器人在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也比較常見(jiàn)，主要是根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)條件的不同，對(duì)于其所需要的土壤環(huán)境和肥料的成分加以確定，并且根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況來(lái)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的科學(xué)配比，為作物實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥[11]。此外，施肥機(jī)器人還能夠具有自動(dòng)行走和施肥的功能，從而能夠更好的為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化提供技術(shù)指導(dǎo)。4農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究存在的問(wèn)題及對(duì)策4.1農(nóng)業(yè)機(jī)器人存在的問(wèn)題當(dāng)前，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用中，主要存在兩個(gè)方面的問(wèn)題亟待解決：一是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化還存在問(wèn)題，二是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本較高。4.1.1農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能問(wèn)題在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身特點(diǎn)的影響，因此對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能性有著較高的要求，比如需要其具有較強(qiáng)的辨識(shí)能力，以及對(duì)于障礙物的躲避能力[12]。當(dāng)前專家對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究的重點(diǎn)也開(kāi)始從其機(jī)械化的組成部分，轉(zhuǎn)移到了機(jī)器的智能化方面，在相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)方面，也對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航以及視覺(jué)定位等問(wèn)題進(jìn)行了處理。但是，總體來(lái)看，我國(guó)當(dāng)前在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化方面的研究還存在一定的缺陷，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還存在一些問(wèn)題。4.1.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本過(guò)高問(wèn)題當(dāng)前我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)中，大多是只針對(duì)某一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行的研究，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自身就有著針對(duì)性強(qiáng)，使用效率低的情況，這對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本帶來(lái)了一定的增加，因此不利于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣，造成農(nóng)業(yè)機(jī)器人在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中難以大范圍使用的現(xiàn)狀。4.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施針對(duì)以上的各種問(wèn)題，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行調(diào)整與發(fā)展：第一，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期摸索，探尋出最佳的作業(yè)方法，以提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量[13]。第二，農(nóng)業(yè)機(jī)器人不僅要對(duì)當(dāng)前人工種植過(guò)程進(jìn)行模擬，還應(yīng)當(dāng)對(duì)于當(dāng)前難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的領(lǐng)域來(lái)進(jìn)行工作，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造中，也應(yīng)當(dāng)保證其同一化和規(guī)范化，降低其生產(chǎn)成本，使其能夠更好的被操作，因此更多的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[14]。第三，在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中也盡可能的實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，從而能夠降低其生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。5展望在我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，新技術(shù)的使用與新模式的建立，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和促進(jìn)帶來(lái)了更多的機(jī)遇，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)造與研發(fā)，充分結(jié)合了多個(gè)領(lǐng)域多種技術(shù)，并且能夠充分提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，降低其污染物質(zhì)的產(chǎn)生，并且推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展。在未來(lái)的發(fā)展中，智能化和自動(dòng)化也依然會(huì)使農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的目標(biāo)和方向，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展提供更多的機(jī)遇。參考文獻(xiàn)[1]劉凡,楊光友,楊康.農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人柔性機(jī)械手研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2019,40(03):173-178.[2]王寶梁,索明何,劉大誠(chéng).基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的多功能農(nóng)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2019,40(03):179-184.[3]李樂(lè),劉玉倩.基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人開(kāi)發(fā)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2019,41(11):221-224.[4]張學(xué)科,董亮,莫建平等.淺談機(jī)器人與種植業(yè)發(fā)展[J].廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化,2019(01):8-10.[5]左恩強(qiáng),包興海.集群式農(nóng)業(yè)機(jī)器人特點(diǎn)及前景概述[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備,2019(02):89+93.[6]殷建軍,董文龍,梁利華等.復(fù)雜環(huán)境下農(nóng)業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào):1-8[7]紀(jì)慧鑫,楊毅,付靜等.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2019(05):39-40+42.[8]劉耀雄.智能機(jī)器人在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用分析[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2019(01):14-16.[9]李丹丹,史云,李會(huì)賓等.農(nóng)業(yè)機(jī)