农业机器人剖析

农业机器人汇报人：刘一秀尹秉政韩愈农业机器人的发展背景农业机器人是一种以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。它能减轻劳动强度,解决劳动力不足,提高劳动生产率和作业质量,防止农药、化肥等对人体的伤害。在农业生产过程中，由于传统机械易对植被造成损害、易污染环境等原因，总存在着这样或那样的缺点。为了解决这个问题，国内外都在进行农业机器人的研究。智能化和自动化技术的长足进展，为应用于非结构化环境的农业机器人开发打下了坚实的理论基础，如近几年出现的耕耘机器人、嫁接机器人、农药喷洒机器人、瓜果采摘机器人、温室管理机器人等等，都是现代高科技在农业上综合运用与发展的结果。在进入21世纪以后，新型多功能农业机器人得到日益广泛地应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替手工完成各种农活，农业机器人的广泛应用，改变了传统的农业劳动方式，降低了农民的劳动强度，促进了现代农业的发展。农业机器人的应用现状行走式农业机器人自行走耕作机器人施肥机器人除草机器人水田管理作业机器人收获及管理作业机器人……机械手式农业机器人嫁接机器人采摘机器人种植机器人育苗机器人……其他农业机器人：枝桠修剪机器人、挤奶机器人、剪毛机器人农业机器人的应用现状禾苗种植机器人盆栽种植机器人植草机器人葡萄藤种植机器人植树机器人农业机器人的应用现状授粉机器人挤奶机器人施肥机器人除草机器人石榴采摘机器人农业机器人的研究现状国外研究现状由于经济上和技术上的特殊性，机器人在农业方面的应用相对比较滞后。自20世纪80年代起，以日本为代表的发达国家开始研制农业机器人。2011年，日本农研机构和涉谷精机联合研制了草莓采摘机器人。该机器人由CCD摄像头、LED照明灯、采果手以及机械臂构成。首先利用CCD摄像头测量草莓的位置和成熟情况，然后利用安装在机械臂顶端具备根据果梗的倾斜度调整角度功能的采果手采摘草莓。以采摘机器人为代表的农业机器人可以提高生产效率，减轻农民的负担，在未来将会有较大的发展空间。草莓采摘机器人农业机器人的研究现状国外研究现状最近，北欧科学家研发出了可用于除草的农业机器人，不但减少农民的劳动，而且还最大程度上减少化学除草剂的用量。该除草机器人由锂电池提供动力，外形跟普通农机很像。机器人通过高清摄像头来扫描农田情况，通过多种不同的描述参数来识别杂草的高矮等外部特征，并通过全球定位系统来定位杂草的位置。但杂草和庄稼的区分率并不是特别理想，还需要更多的研究。除草机器人农业机器人的研究现状国外研究现状韩国科学家研发的苹果采摘机器人具有4个自由度的机械手，其中3个为旋转机构与1个移动机构，具有3m的工作空间。末端采用3指夹持器，为避免损伤苹果，采摘机器人同时配有压力传感器。利用CCD摄像头与光电传感器识别苹果，并在执行器下方安装收集袋，减少了苹果摘取存放的时间，加快了采摘速度。该采摘机器人对苹果识别的准确率达到83%，正常工作情况下采摘速度为6个/s。苹果采摘机器人农业机器人的研究现状国外研究现状英国科学家成功研制出能够测量蘑菇位置、大小，并进行修剪的蘑菇采摘机器人。该机器人具有2个气动机构与1个电机旋转机构组成了其机械手;为了避免蘑菇损伤，夹持器带有软垫;机器人由CCD摄像头作为图像传感器，用来确定蘑菇的大小及位置。该采摘机器人的采摘速度为6-7个/s，而识别准确度为73%，通过图像信息来调整机械手姿态是提高采摘成功率的关键。蘑菇采摘机器人农业机器人的研究现状国内研究现状我国对机器人的研究起步较晚。农业机器人是机器人应用的一个重要分支，由于我国长期以来形成的农业习惯以及文化水平的限制，我们国家的农业机器人发展较晚，与世界发达国家相比还有很大的差距。“十一五”以来，随着国家的不断重视以及有政策的大力扶持，我国的农业机械化得到了快速发展，农业机器人及智能化农业装备以高效率、高精度、低强度、低能耗和环境友好为特点，显示了广阔的应用前景。目前，国内农业机器人主要有蔬菜采摘机器人、水果分选机器人、嫁接机器人和农业生产机器人。当前我国对于农业机器人的研究还处在基础阶段。农业机器人的研究现状国内研究现状中国农业大学研制出了果实采摘机器人试验样机，并进行了深入的研究。在果实识别、确定果柄位置等方面的研究取得了突破，形成了果实采摘机器人实验平台，应用图像处理技术对果实进行识别和定位，对果实的遮挡以及重叠等情况进行了数学建模，取得了一定的研究数据和研究成果。果实采摘机器人还有很大的提升空间，如果实的识别率和采摘率需进一步提高，整体成本应不断降低等。农业机器人的研究现状国内研究现状中国农业大学研发的黄瓜采摘机器人采用了双目视觉成像装置，主要针对温室环境作业，通过对图像的采集、处理，达到对黄瓜的精确定位。其用来寻找果实的机械手也采用了先进的红外反射式光电传感器。农业机器人的研究现状国内研究现状西北农林科技大学研究的基于双目视觉及DSP的农田障碍物检测与路径识别方法研究，建立了双目视觉的成像模型，能检测出常规的障碍物，如人、砖块、铁锹和陷坑等。南京林业大学研发的智能除草机器人，在切割杂草的同时，通过视觉传感器对图像分析后控制机械手臂将高浓度的除草药物涂抹在切口处，这样做既节约了药物，保证了良好的除草效果，又能减少喷洒农药时对空气及周边环境的污染。上海交通大学研发的草莓收获机器人,果柄检测成功率可达93%，草莓定位效率1个/s，草莓的破损率大约5%。陕西科技大学研究的自然场景下成熟苹果目标识别及其定位技术，可以通过Ｒ-G色差分量图定位成熟的苹果，再采用质心、果梗和标记点作为特征匹配点，通过极线约束的图像匹配算法完成苹果目标的匹配。农业机器人的关键技术与相对成熟的工业机器人相比，农业机器人需要不断提高以下技术水平：(1)图像识别处理技术。图像识别是实现农作物生长环境控制、种植、除草、剪枝、采摘、植保、施肥和耕作等多种农业生产自动化必不可少的技术。任何一种农业生产机器人的正常工作均有赖于对作业对象的正确识别。(2)定位技术。对于大范围行走的农业机器人而言，一个重要的研究课题就是建立确定机器人本体位置和行走方向的导航系统。近些年广泛使用卫星定位系统(GPS),而我国目前正在推广的北斗导航未来将成为农业机器人田间定位的新方向。为了了解机器周围的环境，也可以使用地理信息系统。(3)生物传感器技术。研究生物体的化学、电学、光学和声学等特性，开发新的生物传感器是提高农业机器人工作可靠性和环境适应性、改善机器人作业质量的重要手段。(4)智能控制技术。对于农产品特征的复杂性，进行数学建模比较困难，因此基于模糊逻辑、神经网络和智能模拟技术的自学习功能十分必要。农业机器人可以在人工辅助条件下，不断进行学习，并记忆学习结果，形成自身处理复杂情况的知识库。农业机器人的发展趋势随着我国自动化在农业领域的不断发展，未来农业生产中将随处可见机器人的身影。它们将通过三维图像传感器鉴别农作物的长势，根据作物的生长情况对其施肥和浇水;将代替工人管理农场;自动对耕地分析改善土壤环境。科研院所对农业机器人的不断研究，使得现有农业机器人适应复杂多变的农业生产环境。此外，通过国家的政策倾斜，农业机器人未来将具备广泛的推广前景。我国农业机器人的发展还需要紧紧围绕农业生产实际，以生产收益高的农业作业为切入点，把先进性、实用性和经济性紧密结合，研制出适合我国农情的机器人，最终实现产业化并逐渐推广应用，为我国新时期的农业发展做贡献。农业机器人的发展趋势农业机器人的技术发展趋势：(1)多模式识别。在农业机器人未来的应用中，应是以图像处理为主要的信号处理方法，辅以其他识别方式，以提高农产品采集、识别的准确性。(2)智能算法应用。随着模糊控制的不断发展，特别是像农业生产这样难以建立合适数学模型的领域，通过控制算法的不断改进提高农业机器人的工作效率。(3)农业机器人的开放性。机器人控制系统应允许不同的设计人员与用户对硬件与软件等部分进行二次开发与应用，且应当对农业机器人进行模块化设计，根据不同的农业环境，以适应不同的工作要求，增加农业生产效率。汇报完毕Thankyou!