摘要：与人类相比，农业机器人也可以感知信息并且可以自主执行。而且农业机器人的出现，可以降低人类劳动强度的同时提高工作质量和农业生产率，避免农药、工业肥料对人体造成伤害。在现代农业生产中，农业机器人作为一项自动化程度高的机械，得到广泛的推广与认可，成为农业生产的主力军。文章对农业机器人的应用进行了探讨。
关键词：农业机器人；现代农业；农业生产；行走式机器人；机械手持式机器人 文献标识码：A
中图分类号：TP242 文章编号：1009-2374（2016）35-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.035
近些年来，工业的快速发展推动了农业的发展。诞生于美国的智能机器人技术也越来越受到重视，农业机器人得到了广泛的运用。各个国家投入大量的资金研究机器人，机器人有效应用到农业上会对农业发展起到巨大的推动作用。中国是一个农业大国，农业是国家经济发展的基础，农业的发展对我国的经济发展起着重要的作用。机器人运用到我国的农业上将会推动我国农业的发展，可以大幅度提高生产效率，进而提高农业经济效益。为此，深入研究农业机器人是很有必要的。本文从机器人开发研究背景出发，总结国内外农业机器人的研究现状，探究农业机器人运用的领域，指出农业机器人应用存在的一些问题，并对农业机器人的发展进行了展望。近年来，我国综合国力一直在增强，农业生产机械化进程也不断推进，农业生产效率显著提高。但是伴随着可耕地的减少和人口数量的增加，社会对农业生产的深度要求也提高了很多，高效率、高智能化、低生产成本的现代化农业机械，改变了我们熟悉的农业生产模式，并已经成为当代农业生产不可或缺的生产资料。高智能化的机器人与农业机械的结合，为新型农业生产开创了崭新的天地。
1 农业机器人的发展历程
从20世纪中期开始，先后有很多国家开始推广机械化农业，一方面极大程度上促进了农业生产效率的提高，同时推动了整个社会的发展和经济的增长。可是，伴随着社会的发展，传统农业机械开始满足不了现代农业的要求，一些特殊农业作业无法使用现有的机械设备。且现代农业生产的深度也不断加深，传统农业机械的加工质量和加工细化程度已经不再符合当代农业的生产要求。以前，人们在农业生产中往往是片面地追求产量和利润，而现在人们开始注重环境的保护和资源的循环利用以及农业的有机可循环发展模式。科技的发展也为智能农业机器人的出现提供了技术支持，比如卫星定位系统可以准确定位，图像分解技术可以精细地识别，数控控制技术可以快速有效地实现各种操作等，各种科技成果的应用，成为了农业机器人开发和应用的有力保证。
作为工业强国，日本较早开始着手研发农用机器人，并取得显著成果。但是，由于其国内地理条件和气候的特殊性，农用机器人并未实现广泛的使用。尽管如此，农业机器人在播种、施肥、收割、干燥、采摘和分类等生产活动中的能力已经让世人瞠目，显示出农业机器人的广阔前景。
放眼发达国家，农业机器人的种类越来越多，智能化程度越来越高。各种高尖端科技的植入让农业机器人在农业中的应用越来越广泛，降低农业生产的成本的同时提高了生产质量和生产效率。例如，英国研发出的除草机器人，利用视频技术录入野草和农作物，再通过计算机技术进行数据处理和图像分析技术发出指令，操作执行机构进行除去杂草。西班牙创造了一种可以采摘橘子的机器人，能够通过色差识别技术及形状算法分辨橘子的尺寸和橘子是否成熟，从而自主判断是否进行采摘。采摘时还可以将橘子按照大小和颜色分类，实现采摘的智能化。相比较国外，我国开始研发农业机器人的时间较晚，但在一些大学实验室老师坚持不懈的努力下还是取得了一定的成果。比如中国农业大学发明了一种用于嫁接蔬菜的机器人，可以在蔬菜还是幼苗的时候就进行嫁接生产，解决了蔬菜嫁接领域的很多难题。还有东北林业大学研发了一种可以采摘林木球果的机器人，在林木球果成熟期里可以快速地进行采摘，起到了保护森林和生态系统的作用。
在农业领域里，农用机器人代替人类进行了很多的劳动，甚至在某些环境恶劣的条件下，机器人的能力超出了人类，避免了人类从事大量重复性、重体力的劳动。而且农业机器人的劳作持续时间可以很长，效
率高。
2 农业机器人的应用特点与发展
农业机器人需具备“感觉”“判断”等功能，这些功能与农业机器人的组成决定农业机器人有程序性、适应性、通用性等特征。
（1）程序性：通过改变程序软件能变更判断基准、动作顺序；（2）适应性：结合周围环境以及机械自身的具体情况，可以自动实施作业；（3）通用性：通过改变一部分软硬件就可以实现其他用途。
总之，农业机器人具备这些特征，可以自动实施农田作业、室内作业实现自动控制。
针对农业机器人作业对象是动植物，在研发时需注意到一些客观的因素。如：作业对象的基本特征、力学特征、光学特征；机器人工作的环境情况（温度、照度）；操作者的安全问题等。
3 农业机器人的应用
农业生产分为土地利用型农业和设施型农业。土地利用型农业是实施大面积农田作业。设施型农业是在温室、植物工场中实施作业。
在大面积农田中实施作业的农业机器人主要是行走系列农业机器人，如拖拉机、联合收割机等农业机，这些农业机收割效率已经很高，对农业机器人的研究主要集中在无人驾驶、自主行走，信息采集、处理、传达等方面。针对采摘蔬菜、水果的机器人需把重点放在研究目标的识别、定位，机器的核心工作部件（机械手）方面。
3.1 行走式机器人
自主行走，边走边工作是行走系列农业机器人工作的特点，为了有效确保其工作的效率、质量。研究人员在开发行走系列农业机器人时需重点考虑机器人行走的姿势及速度。重点推荐农业中应用最广泛的三种行走式机器人：（1）耕作机器人：田间耕作很辛苦，使用农业机器人能很大程度上减轻人力，提升工作效率。耕作式机器人是在原来的推拉机上安装方位传感器、电脑等一些自动调整机构，耕作机器人工作结构很简单；（2）田间管理机器人：除了耕作式机器人之外，还需对田间作物进行管理的机器人。田间作物管理具有一定的规律，研究人员可以先测量作物的方位再设定机器人的程序，使其按照规律重复作业；（3）收获机器人：该种机器人按照预先设置的指令，采用自动控制机构、陀螺罗盘及接触传感器实施田间作业。日本、美国等科学家在收获机器人的基础上研发出自动联合收割机。
3.2 机械手式机器人
针对植物果实、家畜等分布不均匀的个体，研发出机械手式机器人，机械手式机器人在精准识别方面要求很高。主要介绍以下三种系列的机器人：（1）嫁接机器人：当前，该类机器人有效地应用于蔬菜、水果生产中。经过嫁接可以实现品种改良、病虫防治的目的；（2）采摘机器人：此类机器人可应用于黄瓜、西红柿等采收；（3）育苗机器人：该机器人主要由行走部件、控制部件及其他装置组成。该机器人经各部件相互配合工作来实施育苗。
3.3 其他农业机器人
农业方面广泛使用机器人，在其他领域也有效使用机器人，如剪羊毛机器人、挤奶机器人、葡萄树修剪机器人等。
（1）剪羊毛机器人：剪羊毛机器人由澳大利亚科学家研发出来。具体操作方法如下：首先把羊固定在特制的平台上，然后将羊的相关数据输入计算机，按照羊的相关数据，机器人能计算出修剪羊毛的力度。使用机器人修剪羊毛，在速度及质量方面都优于人工修剪；（2）挤奶机器人：挤奶机器人由荷兰科学家研发出来，荷兰科学家使用超声波检测器找出奶牛乳头的位置，再使用计数型机械手进行挤奶的挤奶机器人挤奶；（3）葡萄树修剪机器人：葡萄树修剪机器人由英国科学家研发出来，科学家通过摄像机检测树枝，用带剪刀的机械手修剪树枝。
4 存在的问题和展望
农业机器人在理论技术上相对较为成熟，但是在实际生产中的应用时间相对较短，还有许多问题需要解决。基于我国耕地的环境复杂性和多变性，我国的农业生产需要农业机器人具有较强的智能化和柔性。在农业生产中，需要机器人可以进行自我导航、图形辨识和执行操作等，但是目前的农业机器人的智能化程度还达不到生产的要求，在工作中需要人来配合进行生产。我国的季节更替较为明显，不同季节的作物有很大差异，而现有农业机器人无法匹配所有作物的生产特点。机器人本身的成本就较高，如果造成闲置则又会增加间接成本。以至于农业机器人的价值不能得以体现。如果提高农业机器人对多种作物生产特点的匹配性，同时改变我国以户为单位的分散式农业生产模式，对于农业机器人的推广来说则是有利的。
将来，农业机器人在农业生产中广泛应用是大势所趋，是时代的需要，也是科技成果应用于现实的具体体现。那么我们心目中的农业机器人究竟是什么样的呢？首先，它得可以自主识别作物的生长特点，自动做出正确的动作行为，即是我们需要它“聪明”；其次，实际当中，希望现有的一台农业机器人可以针对多种作物都可以使用，并且还可以根据自己的需要对其进行升级，这就需要它有一定的开放性；最后，农业机器人的使用者多是农民，所以需要它成本尽量低，而且操作要简单。只有满足以上的要求，才能更有利于农业机器人的普及。
未来，通过宣传和现有农业机器人的升级和改进等，农业机器人将日益普及，它将为我国农业生产和经济发展做出应有的贡献。
参考文献
[1] 周俊，姬长英.基于知识的视觉导航农业机器人行走路径识别[J].农业工程学报，2003，（6）.
[2] 张立彬，计时鸣.农业机器人的主要应用领域和关键技术[J].浙江工业大学学报，2002，（1）.
[3] 陈进.机器人技术在农业中的应用——水果采摘机器人[J].四川农机，2009，（6）.
作者简介：赵敏（1981-），女，云南人，云南省电子工业研究所助理工程师，研究方向：电子信息技术；杨春俊（1987-），男，云南人，云南省电子工业研究所助理工程师，研究方向：电子信息技术。
（责任编辑：蒋建华）
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