同工业机器人相比,农业机器人具有4个特点[2, 3, 4]。
(1)作业的季节性。由于农业机器人大都针对农业生产某一环节,功能单一,因此农业机器人的使用具有较强的季节性,利用率较低,从而增加了农业机器人的使用成本。
(2)作业环境复杂性。由于农业生产环境多变且无法预知,农业机器人无法同工业机器人一样具有比较固定的作业环境。因此,农业机器人需具有适应不同环境的能力,并且能够在不同环境中智能化完成任务。
(3)作业对象的娇嫩性和复杂性。由于农作物的娇嫩性与复杂性,农业机器人在完成任务时,必须能适应形状复杂、大小迥异的农作物变化情况,并且需进行柔性处理。
(4)使用对象的特殊性。农业机器人的使用对象是农民。一方面,农民并不具备较高的机械电子知识水平,农业机器人必须操作简单、可靠;另一方面,由于农业生产总体利润不高,农业机器人的价格不能超出一般农民的承受能力。
1.2 农业机器人的分类
随着近年来国内外对农业机器人研究与开发的重视,目前已研发出多种农业机器人。根据解决问题的侧重点不同,农业机器人大致可以分为两类:一类是行走系列农业机器人,主要用于在大面积农田中进行作业;另一类机械手系列机器,主要用于在温室或植物工场中进行作业 日本是农业机器人研究早、同时也是市场发育为成熟的国家之一。目前,日本已研制出育苗机器人、扦插机器人、嫁接机器人、番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜采摘机器人、农药喷洒机器人、施肥机器人和移栽机器人等多种农业生产机器人,在理论与应用方面都居世界前列。图 1为日本国家农业和食品研究所发明的能够采摘草莓的机器人。该机器人装有一组摄像头,能够捕捉草莓的位置,还有配套软件能根据草莓的红色程度来确保机器人采摘的是成熟的草莓。
与国外相比,我国农业机器人研究与开发方面尚处于起步阶段。目前我们已开发出的农业机器人有:耕耘机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、采摘机器人等。中国农业大学研制的摘黄瓜机器人利用多传感器融合技术,对采摘对象的成熟度进行判别,并确定收货目标,引导机械手来抓取黄瓜,再用刀片切割瓜藤
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