農(nóng)業(yè)機(jī)器人文獻(xiàn)綜述.doc

1、中國石油大學(xué)（華東）農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及應(yīng)用文獻(xiàn)綜述學(xué)生姓名：楊旭光學(xué) 號：06041524專業(yè)班級：機(jī)自2006-5班指導(dǎo)教師：齊明俠、沈蓉日 期：2010.4.4隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于易對植被造成損害、易污染環(huán)境等原因，傳統(tǒng)的機(jī)械通常存在著這樣或那樣的缺點(diǎn)。為了解決這個問題，國內(nèi)外都在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究。智能化和自動化技術(shù)的長足進(jìn)展，為應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的農(nóng)業(yè)機(jī)器人開發(fā)打下了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，如近幾年出現(xiàn)的耕耘機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、瓜果采摘機(jī)器人、溫室管理機(jī)器人等1，都是現(xiàn)代高科技在農(nóng)業(yè)上綜合運(yùn)用與發(fā)展的

2、結(jié)果。使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以提高勞動生產(chǎn)率,解決勞動力的不足改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害提高作業(yè)質(zhì)量。農(nóng)業(yè)機(jī)器人相對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠更好地適應(yīng)生物技術(shù)的新發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動方式，改善農(nóng)民的生活勞動狀態(tài)。我國是一個農(nóng)業(yè)大國,雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，可以預(yù)計農(nóng)業(yè)勞動力將逐步向社會其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，實(shí)際上進(jìn)入21世紀(jì)后，我國將面臨著比世界任何國家都要嚴(yán)重的人口老齡化問題，農(nóng)業(yè)勞動力不足的問題將日益凸現(xiàn)2。在日本、美國等發(fā)達(dá)國家,農(nóng)業(yè)人口少隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、多樣化、精確化,勞動力不足的矛盾越來越突出,許多作業(yè)項目如蔬菜、水果的挑選與采摘等都

3、是勞動密集型工作,再加上農(nóng)時季節(jié)要求,勞動力短缺的問題越來越突出。因此，世界各國對農(nóng)業(yè)機(jī)器人非常重視，投入了大量的資金和人力進(jìn)行機(jī)器人的研究開發(fā)。1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種集傳感技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、圖像識別技術(shù)、精密及系統(tǒng)集成技術(shù)等多種前沿科學(xué)技術(shù)于一身的機(jī)器人3。也是融合檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科與綜合。旨在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、解決勞動力不足，從而改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?、多樣化、精準(zhǔn)化的工廠化生產(chǎn)。1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一

4、種以農(nóng)產(chǎn)品為操作對象、兼有人類部分信息感知和四肢行動功能、可重復(fù)編程的柔性自動化或半自動化設(shè)備4。它能減輕勞動強(qiáng)度,解決勞動力不足,提高勞動生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，防止農(nóng)藥、化肥等對人體的傷害。因此，機(jī)器人必須能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中模仿人的某些活動，具備特定生產(chǎn)技術(shù)功能，代替人的繁重勞動或在人所不能適應(yīng)的環(huán)境下代替人的工作。與工業(yè)機(jī)器人相比，農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)5：（1）作業(yè)對象的嬌嫩性和不確定性農(nóng)作物基本上都具有柔軟易傷的特性，作業(yè)時，必須輕柔地對待和處理。且農(nóng)作物種類繁多，形狀復(fù)雜，生長發(fā)育程度不一，相互間差異很大。（2）作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性農(nóng)作物的生長隨著時間和空間的變化而變化，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境是

5、變化的、未知的和開放的。作物的生長環(huán)境除受地形條件的制約外，還直接受季節(jié)、天氣等自然條件的影響。這就要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人不僅要具有與生物體柔性相對應(yīng)的處理功能，還要能夠順應(yīng)變化無常的自然環(huán)境，具有相當(dāng)高的智能。（3）作業(yè)動作的復(fù)雜性農(nóng)業(yè)機(jī)器人一般是作業(yè)、移動同時進(jìn)行,且其行走路線不是連接起點(diǎn)和終點(diǎn)的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個田間表面等特點(diǎn)。（4）操作對象和價格的特殊性農(nóng)業(yè)機(jī)器人的操作者農(nóng)民，并不具備較高的機(jī)械電子知識水平，因此農(nóng)業(yè)機(jī)器人還必須具備非常高的可靠性和操作簡單的特點(diǎn)。另外農(nóng)業(yè)機(jī)器人是以個體農(nóng)民經(jīng)營為主，如果不具備價格優(yōu)勢，就很難得到普及應(yīng)用。2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r

6、2.1 國外（1）日本日本是研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人最早的國家之一，日本的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也最為成熟，這與日本自身島國的自然資源條件是分不開的。早在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究工作逐漸啟動，已研制出多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，如嫁接機(jī)器人、育苗機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、扦插機(jī)器人、施肥機(jī)器人、番茄采摘機(jī)器人、移栽機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人和葡萄采摘機(jī)器人等理論與應(yīng)用都居世界前列。2o世紀(jì)9o年代以來，“精確農(nóng)業(yè)”技術(shù)的研究與應(yīng)用在發(fā)達(dá)國家受到了普遍的重視，已被國際農(nóng)業(yè)科技界認(rèn)為是21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先導(dǎo)性技術(shù)之一。（2）美國美國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也非?？臁Ｓ捎诿绹陨砜茖W(xué)

7、技術(shù)發(fā)達(dá)，領(lǐng)土廣闊，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度很高,其行走式農(nóng)業(yè)機(jī)器人理論技術(shù)發(fā)展得非常成熟。美國新荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械公司投資250萬美元發(fā)明了一種多用途的自動化聯(lián)合收割機(jī)器人，很適合在美國一些專屬農(nóng)墾區(qū)的大片規(guī)劃整齊的農(nóng)田里收割莊稼6。（3）西班牙西班牙發(fā)明的采摘柑橘機(jī)器人由一臺裝有計算機(jī)的拖拉機(jī)、一套光學(xué)視覺系統(tǒng)和一個機(jī)械手組成，能夠從桔子的顏色、大小和開關(guān)判斷出是否成熟并決定能不能夠采摘。它每分鐘摘柑桔60個，是人工采摘的7倍7。另外，采摘柑桔機(jī)器人能夠依靠裝有視頻箱的機(jī)械手對當(dāng)即采摘下來的柑桔按大小進(jìn)行分類。（4）英國英國西爾索研究所開發(fā)的采蘑菇機(jī)器人裝有錄像機(jī)、紅外線測距儀和視覺分析軟件，能夠首先確定

8、哪些蘑菇可以采摘以及屬于哪種等級，然后測出其高度以便進(jìn)行采摘。它每分鐘能摘蘑菇40個，比手工快兩倍8。（5）法國法國研制的分揀機(jī)器人能在潮濕骯臟的環(huán)境里工作，把大個番茄和小粒櫻桃加以區(qū)別，然后分別裝運(yùn)開來。它還可用來分揀不同大小的土豆，并且不會碰壞它們。（6）丹麥丹麥科學(xué)家研制出一種可用于農(nóng)田除草的機(jī)器人。這不僅可以減少農(nóng)民的辛苦，而且能夠大幅度減少除草劑的使用。這種機(jī)器人有4只輪子，由電池驅(qū)動。除草機(jī)器人使用1 臺照相機(jī)來完成地面掃描，它還攜帶著識別軟件，使用15 種不同的參數(shù)來描述雜草的大小和對稱性等外部特征，最終通過gps（全球定位系統(tǒng)）來給雜草定位9。使用這種機(jī)器人，可以減少除草劑的使

9、用量。雖然除草劑很便宜，對農(nóng)民來說算不了什么，但減少使用量使環(huán)境成了最終的受益者?？茖W(xué)家認(rèn)為，要把雜草和莊稼沒有錯誤地區(qū)分開是個非常難的問題，因此還需要更多的研究。（7）澳大利亞剪羊毛機(jī)器人是澳大利亞于20世紀(jì)80年代中期制造出來的,是世界上第1個可以在活的動物身上進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人。它用一只手按住羊的頭部,用兩只手按住羊的腳,把羊按在專用的平臺上,還有兩只手拿著兩把剪刀,貼著羊的身子飛快地剪羊毛。不論是大羊、小羊、肥羊和瘦羊,它都能把羊毛剪得干干凈凈。在剪羊毛時,羊常常會亂動,但是機(jī)器人手中的剪子也不會傷著羊的皮肉。隨著科技的發(fā)展,剪羊毛機(jī)器人也不斷地發(fā)展,出現(xiàn)了一些新型的機(jī)器人。2.2 國內(nèi)

10、我國是一個發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)問題始終是關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的根本問題。我國目前已開發(fā)出來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有：耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、收割機(jī)器人、采摘機(jī)器人等。我國已研制成功蔬菜嫁接機(jī)器人并成功進(jìn)行了試驗性嫁接生產(chǎn)10。由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的蔬菜機(jī)器人解決了蔬菜幼苗的柔嫩性、易損性和生長不一致性等難題，可以對蔬菜的砧木和穗木進(jìn)行自動化嫁接，可廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接。目前，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的科技人員對機(jī)器人的機(jī)器結(jié)構(gòu)和控制軟件進(jìn)行了改進(jìn)，提高了機(jī)器作業(yè)的可靠性及其操作的方便性。蔬菜嫁接機(jī)器人的研制成功，為我國發(fā)展溫室栽培的蔬菜瓜果嫁接的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)

11、化提供了一種先進(jìn)的作業(yè)設(shè)備。我國還成功地研制出了采摘西紅柿機(jī)器人。它帶有彩色攝像頭，能夠判斷果實(shí)的生熟。由于位置誤差，它采摘的成功率約為75%11，對于實(shí)際需要，這個數(shù)字是可以接受的。東北林業(yè)大學(xué)研制出林木球果采集機(jī)器人。機(jī)器人可以在較短的林木球果成熟期大量采摘種子，對森林的生態(tài)保護(hù)、森林的更新以及森林的可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要的意義，很好地解決了目前在林區(qū)仍主要采用人工上樹手持專用工具來采摘林木球果的做法。伐根機(jī)器人主要用于收集森林采伐剩余物和培育優(yōu)質(zhì)工業(yè)用材林。它的應(yīng)用有望克服我國的森林資源危機(jī)，改進(jìn)我國的森林資源利用。3 現(xiàn)在已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人3.1 農(nóng)產(chǎn)品自動采摘12與收獲機(jī)器人（

12、1）番茄收獲機(jī)器日本n.condo等人研制的番茄收獲機(jī)器人,用彩色攝像機(jī)作為視覺傳感器尋找和識別成熟果實(shí)。當(dāng)果實(shí)被莖葉擋住要避開莖葉,要求機(jī)械手活動范圍大,故用7個自由度的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器。為不傷果實(shí),機(jī)械手是帶有軟襯墊的吸引器，中間有壓力傳感器,把果實(shí)吸住后，利用腕關(guān)節(jié)擰下。行走機(jī)構(gòu)有4個車輪，能在田間自動行走。利用機(jī)器人上的光傳感器和設(shè)置在地埂的反射板，可檢測是否到達(dá)地頭，若到達(dá)后自動停止, 轉(zhuǎn)動后繼續(xù)前進(jìn)。機(jī)器人從識別到采摘完成的速度大約15s/個，成功率75%左右。（2）草莓采摘機(jī)器人kondo n等人針對草莓越來越多采用高架栽培模式，研制出了5自由度的采摘機(jī)器人。草莓采摘機(jī)器人的

13、視覺系統(tǒng)與番茄采摘機(jī)器人相似，末端執(zhí)行器采用真空系統(tǒng)加螺旋加速切割器。收獲時，3對光電開關(guān)檢測草莓的位置，視覺系統(tǒng)計算空間位置，控制機(jī)械手移動到預(yù)定位置，末端執(zhí)行器將草莓吸入；當(dāng)草莓位于合適的位置時，腕關(guān)節(jié)移動，果梗進(jìn)入指定位置，螺旋加速驅(qū)動切割器旋轉(zhuǎn)切斷果梗，完成采摘。（3）葡萄采摘機(jī)器人日本岡山大學(xué)研制出了一種用于果園棚架栽培模式的葡萄采摘機(jī)器人，如圖5所示。葡萄采摘機(jī)器人的機(jī)械部分是一只具有5個自由度的極坐標(biāo)機(jī)械手，末端的臂可以在葡萄架下水平勻速運(yùn)動，能夠有效地工作。視覺傳感器一般采用彩色攝像機(jī)，若采用psd三維視覺傳感器效果會更佳，可以檢測成熟果實(shí)及其距離信息的三維信息。由于葡萄采摘季

14、節(jié)很短，單一的采摘功能會使機(jī)器人的使用效率降低，為提高其使用率，可更換不同的末端執(zhí)行器，以完成葡萄枝修剪、套袋和藥物噴灑等作業(yè)。（4）林木球果采摘機(jī)器人中國東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人，其主要由5自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。采摘時，機(jī)器人停在距離母樹處，操縱機(jī)械手回轉(zhuǎn)馬達(dá)對準(zhǔn)母樹；然后，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開并擺動，對準(zhǔn)要采集的樹枝，大小臂同時運(yùn)動，使采摘爪沿著樹枝生長方向趨近。1.52m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。這種機(jī)器人采摘效率是500k

15、g天，是人的3050倍。而且采摘時對母樹的破壞較小，采凈率高。（5）蘑菇采摘機(jī)器人英國silsoe研究所研制的蘑菇采摘機(jī)器人，可自動測量蘑菇的位置、大小, 并選擇性地采摘和修剪。它的機(jī)械手由2個氣動移動關(guān)節(jié)和1個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，末端執(zhí)行器是帶有軟襯墊的吸引器,視覺傳感器采用tv攝像頭,安裝在頂部用來確定蘑菇的位置和大小。采摘成功率75%左右,采摘速度67個/s。另一種機(jī)器人用ccd黑白攝像機(jī)識別作業(yè)對象，識別率達(dá)84%，使用直角坐標(biāo)機(jī)械手進(jìn)行采摘。為防止損傷蘑菇,執(zhí)行器部分裝有襯墊，吸附后用捻的動作收獲，收獲率達(dá)60%，完整率達(dá)57%。（6）黃瓜采摘機(jī)器人。日本n.condo等人研

16、制的6個自由度工業(yè)機(jī)器人，利用攝像機(jī)，根據(jù)黃瓜比葉莖對紅外光的反射率高的原理來識別黃瓜和葉莖。用剪斷方法,先把黃瓜抓住，用接觸傳感器找出柄后剪斷，采摘速度16s/個。由于黃瓜是長條形,受葉莖影響大，故采摘成功率較低，在60%左右。（7）瓜果收獲機(jī)器人日本kyoto研制的5個自由度液壓驅(qū)動機(jī)器人用于收獲西瓜。它包括機(jī)器手、末端執(zhí)行器、視覺傳感器和行走裝置。因為西瓜在地面上,機(jī)器手由5個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，保證了較大工作空間。美國pudue大學(xué)研制出3個自由度的伺服電機(jī)控制操作手，用來收獲甜瓜。這類機(jī)器人行走裝置的傾斜引起的位置誤差較大，導(dǎo)致收獲成功率僅達(dá)65%。（8）茄子采摘機(jī)器人日本國立蔬菜和茶葉研

17、究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人。該機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器視覺系統(tǒng)、機(jī)械手、末端執(zhí)行器以及行走裝置組成，作業(yè)對象是溫室中按照v形生長方式種植的senryo-2號茄子。該機(jī)器人在實(shí)驗室中進(jìn)行了試驗，采摘成功率為62.5，工作速度為64.1s/個。影響成功率的主要原因是機(jī)器視覺系統(tǒng)對采摘位置的判斷不正確；同時，視覺系統(tǒng)也占用了72的工作時間。3.2 嫁接機(jī)器人嫁接栽培是克服瓜菜連茬病害和低溫障礙的有效途徑，抗病、增產(chǎn)效果顯著，被廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜、茄子、西紅柿栽培。嫁接機(jī)器人可大幅提高嫁接速度，明顯降低勞動強(qiáng)度,并提高嫁接成活率。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)率先研制成功自動插接法、自動旋切貼合法嫁接技術(shù)，實(shí)

18、現(xiàn)了蔬菜幼苗嫁接的精確定位、快速抓取、良好切削。操作者只需把砧木和穗木放到相應(yīng)供苗臺上,機(jī)器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合等嫁接過程的自動化作業(yè),嫁接速度600棵/h，成功率95%以上,促進(jìn)了果蔬生產(chǎn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化13。3.3 移栽機(jī)器人機(jī)器人可提高移栽操作質(zhì)量和工作效率。臺灣k.c.ting和y.yang等人研制的移栽機(jī)器人，把幼苗從600穴的育苗盤中移植到48穴的苗盤中。機(jī)器人本體部分由4個自由度執(zhí)行結(jié)構(gòu)和夾持器組成，位于頂部的視覺傳感器確定苗盤尺寸和苗的位置,力覺傳感器保證夾持器夾住而不損傷蔬菜苗。在苗盤相鄰的情況下，單個苗移栽的時間在2.63.25s之內(nèi)。3.4 施肥機(jī)器人日本開

19、發(fā)的能在水田中自動行走，進(jìn)行深層作業(yè)的水稻施肥機(jī)器人。其行走部分是能在狹窄的稻秧間行走的窄型橡皮車輪，四個輪子均可橫向轉(zhuǎn)動90度。施肥裝置是把糊狀肥料經(jīng)過肥料泵加壓、由噴嘴向土中施肥，噴嘴兩個一組共有四組，利用噴嘴柄把噴嘴插入土中15cm，進(jìn)行點(diǎn)注深層施肥。機(jī)器人能沿著水稻壟自動行走，能自動保持作業(yè)部分的深度，自動控制施肥量，機(jī)器人工作時無人操縱。通過前方傳感器自動檢測地頭的土埂，在設(shè)定的土坯處自動停止，轉(zhuǎn)動90度，再橫向移動8條稻壟，再轉(zhuǎn)動90度，繼續(xù)向相反方向進(jìn)行作業(yè)。美國明尼蘇達(dá)州一家農(nóng)業(yè)機(jī)械公司的研究人員推出的施肥機(jī)器人別具一格，它會從不同土壤的實(shí)際情況出發(fā)，適量施肥，它的準(zhǔn)確計算合理

20、的減少了施肥的總量，降低了農(nóng)業(yè)成本。由于施肥科學(xué)，使地下水質(zhì)得到改善。3.5 農(nóng)產(chǎn)品分級機(jī)器人機(jī)器人可完成農(nóng)產(chǎn)品的分級,大幅提高分選的均一性,降低產(chǎn)品破損率，提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,改善勞動條件。日本在果蔬分揀系統(tǒng)及果蔬揀選機(jī)器人的研究開發(fā)和使用方面居世界領(lǐng)先地位。英國研制的分揀機(jī)器人,采用光電圖像識別和提升分揀機(jī)械組合裝置,把大的西紅柿和小的櫻桃加以區(qū)別, 然后分揀裝運(yùn)。也能把土豆進(jìn)行分類,且不擦傷外皮。意大利unitec公司開發(fā)出一系列用于水果及蔬菜采摘后進(jìn)行體積、尺寸和顏色識別的專用分揀機(jī),能使徑向尺寸小于40mm的水果分揀速度達(dá)到18個/s,大于40mm的水果達(dá)12個/s。1995年

21、美國研制成功的merling高速主頻計算機(jī)視覺水果分級系統(tǒng),生產(chǎn)率約為40t/h,已廣泛用于蘋果、桔子、桃和西紅柿等水果的分級。美國每年有50%以上的蘋果經(jīng)過該設(shè)備處理。3.6 擠奶機(jī)器人1992年荷蘭開發(fā)了擠奶機(jī)器人。根據(jù)計算機(jī)管理的乳頭位置信息,用超聲波檢測器自動找到牛的乳頭位置,用計數(shù)型機(jī)械手進(jìn)行奶頭清洗和擠奶等作業(yè)。英國silsoe研究所開發(fā)的擠奶機(jī)器人，裝有用激光和攝像機(jī)視覺導(dǎo)向的氣動“軟”機(jī)器人臂,用它放置吸奶杯并清潔和干燥擠奶部位,也可對奶牛乳房的1/4部位進(jìn)行擠奶。它可每天24h對40頭奶牛進(jìn)行監(jiān)控和擠扔,并自動對奶牛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集，使奶牛以更接近自然狀態(tài)的生活周期進(jìn)食

22、、休息和產(chǎn)奶,最大限度地減少人為干擾,從而提高擠奶效率并改善奶牛健康狀況14。2004年12月2日,中國第1個擠奶機(jī)器人被安置在蒙牛澳亞示范牧場。牧場擠奶示范區(qū)展示著機(jī)器人式、轉(zhuǎn)盤式等現(xiàn)代化擠奶平臺,其中轉(zhuǎn)盤式平臺1次可同時為60頭奶牛擠奶,是目前我國最大的擠奶機(jī)。3.7 除草機(jī)器人除草機(jī)器人采用了先進(jìn)的計算機(jī)圖像識別技術(shù)，gps系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是利用圖像處理技術(shù)自動識別雜草，gps接收器作出雜草位置的坐標(biāo)定位圖，機(jī)械桿式噴霧器根據(jù)雜草種類及數(shù)量自動進(jìn)行除草劑的噴灑。如果引入田間害蟲圖像的數(shù)據(jù)庫，還可根據(jù)害蟲的種類、數(shù)量進(jìn)行農(nóng)藥的噴灑，可起到精確除害、保護(hù)益蟲、防止農(nóng)藥過量污染環(huán)境的作用。3.8

23、 育苗機(jī)器人育苗機(jī)器人主要是用于蔬菜、花卉和苗木等種苗的移栽，把種子長出的籽苗從插盤移栽到盆狀容器中，以保證適當(dāng)?shù)目臻g，促進(jìn)植物的扎根和生長，便于裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)?，F(xiàn)在研制出來的育苗機(jī)器人有兩條傳送帶，一條用于傳送插盤，另一條用于傳送盆狀容器，其他的主要部件是插入式拔苗器、杯狀容器傳送帶、插漏分選器和插入式栽培器。由于在許多情況下，種子發(fā)芽率只有70%左右，而且發(fā)芽的苗也存在壞苗，因此育苗機(jī)器人引入圖像識別技術(shù)進(jìn)行判斷。經(jīng)過探測之后準(zhǔn)確判別好苗、壞苗、缺苗，指揮機(jī)械手把好苗準(zhǔn)確移栽到預(yù)定位置上。育苗機(jī)器人大大減少了人工勞動量，提高移栽操作質(zhì)量和工作效率。3.9 其它作業(yè)機(jī)器人(1) 剪羊毛機(jī)器人澳大

24、利亞研制了剪羊毛機(jī)器人。首先將羊固定在可作3個軸心轉(zhuǎn)動的平臺上,然后將有關(guān)羊的參數(shù)輸入計算機(jī)，據(jù)此算出剪刀在剪羊毛時的最佳運(yùn)動軌跡，然后用液壓傳動式剪刀剪下羊毛。機(jī)器人要比熟練的剪毛工剪得快。(2) 葡萄樹修剪機(jī)器人1991年英國研制了葡萄樹修剪機(jī)器人。根據(jù)電腦模型法則，利用攝像機(jī)檢測樹枝，用帶剪刀機(jī)械手修剪。(3) 變量噴灑機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)揮信息采集和處理方面的優(yōu)勢，通過準(zhǔn)確測定溫室內(nèi)植物的需水量，進(jìn)行精確定點(diǎn)的灌溉控制，通過檢測土壤狀況控制施肥的數(shù)量，降低成本。機(jī)器人用于噴灑農(nóng)藥，可避免人體接觸農(nóng)藥,提高噴灑農(nóng)藥的準(zhǔn)確性，減少農(nóng)藥用量和降低污染。(4) 田間作業(yè)機(jī)器人用于野外作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)

25、器人可在平整土地等方面發(fā)揮作用。如機(jī)器人運(yùn)用激光技術(shù)平整土地，在地畦邊上安裝信號機(jī)，履帶機(jī)器人接受激光后便自動調(diào)節(jié)高低平整土地。用激光控制的機(jī)器人，可選擇最佳運(yùn)行路線，減少生產(chǎn)成本。(5) 在溫室中具有導(dǎo)航和避障功能的機(jī)器人15這種機(jī)器人的運(yùn)動是通過前輪導(dǎo)向，后輪驅(qū)動來完成。采用模糊控制，以單片機(jī)作為控制核心。這種機(jī)器人的開發(fā)設(shè)計彌補(bǔ)了因溫室面積小，一般農(nóng)業(yè)機(jī)械不能滿足其使用要求的不足。但對于表面過于復(fù)雜的障礙物，避障效果不是很好，這是由于所用傳感器精度不是很高，所檢測到的障礙物表面信息誤差大所致。(6) 自行走耕作機(jī)器人16自行走耕作機(jī)器人是在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上加上一些方位傳感器、嵌入式智能系統(tǒng)

26、等，可在耕作場內(nèi)辨別自身位置推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，實(shí)現(xiàn)無人駕駛，配上各種農(nóng)具，能進(jìn)行各種田間作業(yè)。隨著gps（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航，精確定位行駛成為可能。自行走耕作機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人中技術(shù)比較成熟的一種，已達(dá)到實(shí)用性階段。4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動平臺的研究現(xiàn)狀4.1 定位和導(dǎo)航17移動機(jī)器人定位是其導(dǎo)航控制中的一個重要問題。目前，定位方法主要有：1)利用內(nèi)傳感器進(jìn)行定位；2)信標(biāo)定位；3)基于環(huán)境模型的方法；4)基于多傳感器融合信息的定位?；趦?nèi)傳感器的移動機(jī)器人導(dǎo)航方式主要是慣性導(dǎo)航，這種方法是通過測量機(jī)器人自身參數(shù)來進(jìn)行導(dǎo)航的，它所使用的傳感器是陀螺儀。根據(jù)陀螺儀的偏差進(jìn)行慣性導(dǎo)航的主

27、要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，準(zhǔn)確性高，靈活性強(qiáng)，便于組合和兼容，適用領(lǐng)域廣，缺點(diǎn)是成本較高，維護(hù)保養(yǎng)等后續(xù)問題較難解決，地面也需要磁性塊作輔助定位。信標(biāo)定位比較普遍，移動機(jī)器人首先憑自身的概略位姿確定信標(biāo)的位置。當(dāng)移動機(jī)器人識別信標(biāo)后，利用傳感器測量其與信標(biāo)的相對距離和方向，通過三角法等幾何運(yùn)算獲得移動機(jī)器人的位姿。這種方法由于能夠產(chǎn)生與環(huán)境狀態(tài)變化無關(guān)的可檢測標(biāo)記，所以能保證位姿識別的高可靠性。基于環(huán)境模型的定位方法不需要人為放置信標(biāo)，而是利用環(huán)境中自然存在的特征來實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的定位。（1）電磁導(dǎo)航該方法是讓低頻電流流過埋設(shè)在路徑下的電纜，然后用安裝在機(jī)器人上的線圈檢測電纜周圍產(chǎn)生的磁場，并根據(jù)該信

28、息控制方向，以實(shí)現(xiàn)沿規(guī)定路徑的導(dǎo)航控制。電磁導(dǎo)航方法的主要優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡單，便于控制和通信，對聲光無干擾，缺點(diǎn)是靈活性差，改變或擴(kuò)充路徑較麻煩，對導(dǎo)引線路附近的鐵磁物質(zhì)有干擾，電纜鋪設(shè)工作量大，維護(hù)困難。（2）超聲波導(dǎo)航如kleemanl使用主動超聲作為信標(biāo)，移動機(jī)器人車身上裝有超聲接收器，測得移動機(jī)器人和信標(biāo)的距離和方位從而估計移動機(jī)器人的位姿。另外也可將超聲發(fā)射和接收做為一體。超聲波導(dǎo)航方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，容易操作，缺點(diǎn)是速度慢，傳感器存在較大的波束角(角度分辨率低)，且對光滑表面存在鏡面反射，單一傳感器的穩(wěn)定性不理想等。在實(shí)際應(yīng)用中，往往采用

29、其它傳感器來補(bǔ)償，或采用多傳感器融合技術(shù)提高檢測精度等。（3）激光導(dǎo)航一種方案是用一個指向標(biāo)發(fā)出旋轉(zhuǎn)掃描激光光束，再利用機(jī)器人上的若干個傳感器來檢測，從而求出指向標(biāo)的方向和到指向標(biāo)的距離；另外，還有和導(dǎo)向電纜方式類似的采用激光導(dǎo)引機(jī)器人的方法。激光導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是傳感器發(fā)散小或沒有發(fā)散，并對大多數(shù)物體無鏡面反射現(xiàn)象，缺點(diǎn)是存在潛在的安全問題(首先是人眼安全問題)，且不適用于透明物質(zhì)。（4）視覺導(dǎo)航通常采用ccd 敏感元件，如rajagopalan 采用攝像機(jī)來感知地面上的有色路徑；kanayama、nelsin、lee.s.s 采用ccd記憶示教的軟體路徑，而后再現(xiàn)的方法來獲取路徑信息。隨著視頻設(shè)

30、備、計算機(jī)硬件設(shè)備性能的不斷改善以及圖象處理方法的不斷改進(jìn)，視覺導(dǎo)航的實(shí)時性會有很大提高。因此，移動機(jī)器人利用視覺傳感器獲取的信息進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)智能行駛是一種大有潛力的技術(shù)，是移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢。4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)一個完整的農(nóng)業(yè)移動機(jī)器人是由許多子系統(tǒng)組成的，如圖1所示。可以看出，移動機(jī)構(gòu)是農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)動的基礎(chǔ)，農(nóng)田作業(yè)特點(diǎn)決定了農(nóng)業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的不同，具體地說，農(nóng)業(yè)機(jī)器人一般是作業(yè)、移動同時進(jìn)行，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的行走不是連接起點(diǎn)與終點(diǎn)的最短距離，而是具有狹窄的范圍，較長的距離及遍及整個田間表面的特點(diǎn)。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)移動機(jī)器人大體分為兩類:一是在大面積農(nóng)田作業(yè)的室外型

31、，一類是在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類,絕大多數(shù)都需要移動作業(yè)。移動機(jī)器人按照行走機(jī)構(gòu)可分為車輪式、履帶式、輪-履帶式和人形結(jié)構(gòu)4種18。（1）輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)最簡單,應(yīng)用也最為廣泛。常見的機(jī)構(gòu)有四輪或三輪式機(jī)器人。根據(jù)移動特性可以分為非全方位和全方位移動機(jī)器人兩種。在平面上移動的物體可以實(shí)現(xiàn)前后、左右和自轉(zhuǎn)3個自由度的運(yùn)動。若所具有的自由度少于3個，則為非全方位移動機(jī)器人，典型產(chǎn)品如汽車等，可以前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向而不能橫向移動。若具有完全的3個自由度,則稱為全方位移動機(jī)器人,它非常適合工作在空間狹窄有限、對機(jī)器人的機(jī)動性要求高的場合中。國際上一些發(fā)達(dá)國家，從上世紀(jì)80年代起

32、，紛紛重視農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開發(fā)，特別是日本，由于其老齡化社會現(xiàn)實(shí)和農(nóng)業(yè)勞動力的不足,促使其開發(fā)出一系列農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人。這些機(jī)器人大都以移動車體作為行走平臺，并且以兩輪驅(qū)動最為常見。在我國,對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究長期以來主要側(cè)重于機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)械手的機(jī)構(gòu)與控制以及機(jī)器人本體在三維空間中的連續(xù)運(yùn)動控制技術(shù)，一個重要的課題是確定機(jī)器人本體位置和行走方向的導(dǎo)航系統(tǒng)的建立，在這方面，近來全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(gps)、地理信息系統(tǒng)(gis)和遙感系統(tǒng)(rs)正發(fā)揮越來越大的作用。而對移動平臺的研究并不是很多，有些研究是在拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備上開發(fā)導(dǎo)航控制系統(tǒng)和變量輸入控制系統(tǒng)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要專門

33、設(shè)計移動平臺，但駕駛的操作控制較為復(fù)雜。有些研究對商業(yè)用機(jī)器人進(jìn)行二次開發(fā),用于各種農(nóng)業(yè)目的。這種方式雖然避免了很多導(dǎo)航控制的開發(fā)工作，但是商業(yè)用機(jī)器人在農(nóng)業(yè)環(huán)境下的適應(yīng)性較差，用途有限。目前僅限于田間信息的采集。這兩種方式都是依托現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)裝備進(jìn)行改造或二次開發(fā)完成的,在經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性方面存在一定的局限。因此,開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單，價格適中，符合農(nóng)村實(shí)際要求的專用農(nóng)田移動平臺，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化智能化信息化的發(fā)展就顯得頗為重要。在這方面，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院率先作了嘗試,他們開發(fā)的一種平臺,其機(jī)械子系統(tǒng)采用的是兩個前輪獨(dú)立驅(qū)動方式,靠驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)際測試證明直線行走精度較高,但彎道

34、行走精度較低19。這一方面與控制方法和精度有關(guān),另一方面也與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有關(guān)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的付宜利、李寒等研究了兩輪轉(zhuǎn)向和四輪轉(zhuǎn)向的差別,并以其實(shí)驗室研制的全方位輪式移動機(jī)器人為本體,對輪式全方位移動機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式和運(yùn)動特性進(jìn)行了試驗分析。結(jié)論表明,四輪轉(zhuǎn)向方式與其他轉(zhuǎn)向方式相比具有轉(zhuǎn)向半徑小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，峰值電流較小等優(yōu)勢。所以,雖然輪式移動機(jī)構(gòu)的類型很多,但對于一般的輪式移動機(jī)構(gòu),都不可能進(jìn)行任意的定位和定向,而全方位移動機(jī)構(gòu)則可以利用車輪所具有的定位和定向功能，實(shí)現(xiàn)平面上的自由運(yùn)動。由于全方位輪移動機(jī)構(gòu)具有一般的輪式移動機(jī)構(gòu)無法取代的獨(dú)特特性,因而成為農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨

35、勢。（2）履帶式行走機(jī)構(gòu)除輪式結(jié)構(gòu)以外,履帶式行走機(jī)構(gòu)近來也多有研究，特別是在軍用方面，由于小型履帶式移動機(jī)器人在軍事偵察、作戰(zhàn)、反恐、掃雷排險、防范核化污染等危險、惡劣環(huán)境下以及物料搬運(yùn)中具有廣闊的應(yīng)用前景,因而受到世界各國的高度重視。德國萊茵金屬公司的分公司telerob公司研制的mv4爆炸物處理遙控機(jī)器人20。同輪式移動機(jī)構(gòu)相比,履帶式行走機(jī)構(gòu)由于其接地面積大，附著能力強(qiáng)，可以減少對土壤的碾壓，對地面的適應(yīng)性好，具有更好的通過性，配上各種農(nóng)具可在濕爛田進(jìn)行大部分農(nóng)田作業(yè)，但由于轉(zhuǎn)彎半徑大，因此轉(zhuǎn)向不靈活。在行走空間受到限制的場合,就不能選擇這種移動機(jī)構(gòu)。目前只有葡萄采摘機(jī)器人使用履帶式行

36、走機(jī)構(gòu)。和輪式行走機(jī)構(gòu)一樣，履帶行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動較容易。（3）輪-履帶式行走機(jī)構(gòu) 鑒于輪式和履帶式移動機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)器人移動方式還有一種輪-履帶式行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)在兼顧了前兩者的優(yōu)點(diǎn)的同時，還開發(fā)出了擺臂的新功能,已逐漸成為現(xiàn)代地面移動機(jī)器人的發(fā)展趨向21。機(jī)器人的車體由車身、車輪、擺臂、履帶、小輪、壓緊輪構(gòu)成，也有的車體采用四履帶形式的。在平地或小坡度的坡地上行駛時，車輛采用輪式行走機(jī)構(gòu)，可以充分發(fā)揮其快速性和靈活性的優(yōu)點(diǎn)。遇到障礙物或壕溝時,利用擺臂和履帶,以提高其通過性能。爬樓梯時,可將車輪、履帶、擺臂結(jié)合起來使用。我國中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自行研制的“靈蜥-b”型反恐防

37、暴機(jī)器人,四履帶輪結(jié)構(gòu),可由四輪變成四腳行走，在運(yùn)動和抓取重物時增加了靈活性22。但是,這種機(jī)器人體形較小，負(fù)載能力不高，因此目前也是主要用在軍事偵察排爆方面,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用則鮮有報道。（4）步行機(jī)構(gòu)機(jī)器人采用兩腿行走,一直是人類的夢想。兩腿行走,無論是對地面環(huán)境的適應(yīng)性還是躲避障礙物的能力,都是輪式、履帶或輪-履帶結(jié)構(gòu)所無法比擬的。在某些采摘作業(yè)場合,如采摘西瓜,作物的藤莖匍匐在地面上,行走空間狹小,使用輪式和履帶式行走機(jī)構(gòu)顯然不合適23。雙足步行機(jī)器人研究是一個很誘人的研究課題,而且難度很大。因為人形行走機(jī)構(gòu)在靜態(tài)時是平衡的,但在步行時,整個質(zhì)心會發(fā)生偏移而產(chǎn)生動不平衡。如果不能維持動態(tài)

38、不平衡,機(jī)器人會傾倒。人形行走機(jī)構(gòu)的步態(tài)規(guī)劃和維持動不平衡是十分復(fù)雜的,在日本開展雙足步行機(jī)器人研究已有30多年的歷史,研制出了許多可以靜態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定行走的雙足步行機(jī)器人。我國在仿人形機(jī)器人方面也做了大量研究,并取得了很多成果。比如長沙國防科技大學(xué)研制成了雙足步行機(jī)器人“先行者”,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)的重大突破。“先行者”有人一樣的身軀、頭顱、眼睛、雙臂和雙足，有一定的語言功能，可以動態(tài)步行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)也在這方面做了大量深入的工作。但目前仍處在試驗研究階段。特是開發(fā)適合松軟的農(nóng)田地面的步行機(jī)構(gòu)，還有許多困難。可以相信，隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)步,人形機(jī)器人將會得到廣泛的應(yīng)用。5 當(dāng)前

39、存在的問題5.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展局限農(nóng)業(yè)機(jī)器人雖已有重大發(fā)展，但是由于在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的歷史還比較短，從20世紀(jì)90年代開始，機(jī)器人才開始在一些發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，所以仍有不少瓶頸問題等待突破。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作特點(diǎn)是作業(yè)、移動同時進(jìn)行，其行走不是連接出發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)的最短距離，而是具有狹窄的范圍、較長的距離且遍及整個田間表面。農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要知道自身相對于外部世界的位置和周圍環(huán)境。因此，定位導(dǎo)航是農(nóng)業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)，也一直是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。定位是確定機(jī)器人在其作業(yè)環(huán)境中所處位置的過程。更具體地說是利用先驗環(huán)境地圖信息、機(jī)器人位姿的當(dāng)前估計以及傳感器的觀測值等輸入信息，經(jīng)過一定

40、的處理和變換，產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的對機(jī)器人目前位姿的估計。就目前的研究狀況來說，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以代替人類完成某些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，但研究多處于實(shí)驗室的試驗階段，無法達(dá)到實(shí)用普及的程度。其有兩個原因：一是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能程度沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有相當(dāng)?shù)闹悄芎腿嵝陨a(chǎn)的能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境。從目前的技術(shù)水平來看，在自動導(dǎo)航、視覺辨識定位等方面已經(jīng)具有成熟的解決方案。但總的來講，目前智能系統(tǒng)的發(fā)展還不夠完善，很多任務(wù)無法由農(nóng)業(yè)機(jī)器人單獨(dú)完成。二是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本過高。機(jī)器人智能水平的提高一般都要增加計算機(jī)控制系統(tǒng)軟硬件的復(fù)雜度，這就必然使其成本提高。所以，即使是農(nóng)業(yè)機(jī)器人

41、具備了相當(dāng)?shù)闹悄?，能夠完成某種任務(wù)，但是由于其開發(fā)難度極大，制造成本過高，仍然難以實(shí)際應(yīng)用。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本問題成為制約其進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。5.2 理想農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚待解決的關(guān)鍵問題24（1）適應(yīng)性問題由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有種類的多樣性，作業(yè)條件的多變性，迫切要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有開放性的智能和柔性生產(chǎn)的能力，以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，現(xiàn)在開發(fā)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人很多是用于特定生產(chǎn)環(huán)境的，具有很大的局限性，適應(yīng)性問題還有待進(jìn)一步提高。（2）高可靠性和易操作性農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用者是農(nóng)民，不是具有農(nóng)業(yè)機(jī)械知識的工程師，因此要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有高可靠性和良好的操作性，這就需要在農(nóng)業(yè)機(jī)器人中廣泛地引入人工智能技術(shù)，提高其生產(chǎn)

42、自動化程度和穩(wěn)定性，減少人工的操作。（3）價格問題由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)用很多高新技術(shù)，開發(fā)和生產(chǎn)成本較高。因此價格較高，而且我國農(nóng)業(yè)以個體經(jīng)營為主，農(nóng)民購買力有限，普及困難。需要在降低農(nóng)業(yè)機(jī)器人成本的同時實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的規(guī)模化。（4）兼容性問題不同廠家生產(chǎn)的機(jī)器人系統(tǒng)互不兼容，與計算機(jī)的接口方式也不盡相同，難以進(jìn)行升級和維修。因此需要制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)規(guī)范，提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的兼容性。我國目前還處于農(nóng)業(yè)機(jī)械化的初級階段，發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人要從我國實(shí)際情況出發(fā)，目前要緊跟國際農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的步伐進(jìn)行一些基礎(chǔ)性研究，設(shè)計制造一些適應(yīng)我國國情的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，并初步應(yīng)用于一些形成規(guī)模的經(jīng)濟(jì)價值較高的作物種植中。雖然現(xiàn)

43、階段在我國大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人是不現(xiàn)實(shí)的，但是，隨著科技水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)規(guī)模化的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人這一現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)工具，將逐漸在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。6 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢與前景6.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，提高資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率，提高經(jīng)濟(jì)效益是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。將一些農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)于田間，將會極大提高勞動生產(chǎn)率，能夠合理的利用勞動力資源。目前研究人員主要研究的是：行走系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人，其導(dǎo)航系統(tǒng)能知道機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃和避障、探測定位和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。機(jī)械手系列機(jī)器人。由于生長環(huán)境不同，形狀也不同，所以開發(fā)機(jī)器人不僅要考慮作業(yè)對象的基本特性和力學(xué)特性，

44、甚至連化學(xué)特性、生理特性也該考慮。為盡量多采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，需要開發(fā)新型傳感器或按照一定融合策略構(gòu)造傳感器陣列，以彌補(bǔ)單個傳感器的缺陷以及提出新的融合方法來提高傳感器的靈敏度和反應(yīng)速度以完善探測結(jié)果，這些都是重要的研究方向。在一個時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人大致向以下幾個方向發(fā)展：實(shí)現(xiàn)最佳作業(yè)方法。為合理利用農(nóng)業(yè)資源，給作物創(chuàng)造最佳生長環(huán)境，必須尋求和應(yīng)用最合適的作業(yè)，包括作業(yè)的種類和作業(yè)的程度。理想的農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)能根據(jù)作物的生長環(huán)境和生長狀況，自動選擇最佳作業(yè)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)簡單，價格合理。不僅需要機(jī)器人能模仿人的動作，還要用機(jī)器人易于實(shí)現(xiàn)的動作代替人的動作，而且要求機(jī)器人能與農(nóng)藝相配合。要防止機(jī)器人機(jī)構(gòu)過于復(fù)

45、雜，使價格合情合理，便于推廣。用途廣泛。農(nóng)業(yè)機(jī)械的特點(diǎn)是使用時間短， 間隔周期長。農(nóng)業(yè)機(jī)器人就應(yīng)該做到更換機(jī)械手的終端執(zhí)行器和軟件就可以作他用，做到一機(jī)多用，以提高使用效率，降低使用成本。我國林業(yè)機(jī)器人的發(fā)展水平還很低，在育苗、造林、森林撫育、病蟲害防治、森林采伐與運(yùn)輸、剩余物綜合利用、木材精深加工等幾乎所有林業(yè)生產(chǎn)方面，機(jī)器人都會有很好的應(yīng)用前景。今后林業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向?qū)⑹牵壕邆浔Ｗo(hù)環(huán)境功能研究高性能的、輕型機(jī)器人。應(yīng)用人工智能，使機(jī)器人能夠自主作業(yè)。從事林業(yè)產(chǎn)品精深加工的機(jī)器人。當(dāng)今，林業(yè)機(jī)械的智能化、自動化已初見端倪，無人操作、通過傳感器便能自行判斷、作業(yè)的機(jī)器人將會成為現(xiàn)實(shí)。與工業(yè)機(jī)

46、器人在固定位置上單純反復(fù)的定位控制相比，還必須具備獨(dú)立的機(jī)能，如：力的控制、移動性、搬動性等等。被稱為第五代計算機(jī)“神經(jīng)計算機(jī)”和能控制模糊度的“模糊計算機(jī)”一旦投入使用，林業(yè)機(jī)器人將會得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。未來的林業(yè)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)為昆蟲型和足部有履帶的復(fù)合型的，四足能自動行走。通過三維視覺傳感器掌握對象物的形態(tài)，邊預(yù)測、邊掃描進(jìn)行栽植、割灌等作業(yè)。同時，要了解機(jī)器人群的位置和海拔高度，可利用衛(wèi)星導(dǎo)航從遠(yuǎn)離作業(yè)現(xiàn)場的指令地通過計算機(jī)集中控制，同時還能根據(jù)這些資料掌握作業(yè)情況。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人和林業(yè)機(jī)器人將作為新一代智能化機(jī)械必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，在我國未來的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要的作用。6.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人前景農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到很大進(jìn)展，其功能已經(jīng)非常完備。它們能夠代替人的部分勞動，有些人類做不到的事情機(jī)器人可以做到，而且工作效率非常高。它們可以從事在艱苦條件下的重體力勞動、單調(diào)重復(fù)的工作，如噴灑農(nóng)藥、收割及分選作物等有望由多農(nóng)業(yè)機(jī)