【摘要】文章通過對國內外農業機器人發展情況調研，分析了目前農業機器人具有的作業季節性、作業環境復雜性、作業對象嬌嫩性和復雜性、使用對象特殊性等幾大特點，根據農業機器人解決問題的側重點差異將農業機器人大致分為行走系列農業機器人和機械手系列機器兩大類，并介紹和總結了各類機器人的功能，同時介紹了我國各類農業機器人、以及日本、美國和其他具有代表性的農業機器人，指出目前農業機器人推廣與普及的瓶頸主要是農業機器人制造成本問題和農業機器人智能化程度問題。最后對農業機器人發展趨勢進行討論，提出今后農業機器人應側重于開放式的結構及控制系統，農業生產標準化研究與機器人技術研究緊密結合的研究。

　　【關鍵詞】農業機器人，智能裝備，研究現狀

　　農業是國民經濟的基礎，現代農業裝備是現代農業的重要支撐。近年來，隨著設施農業、精準農業和高新技術的發展，特別是土地流轉與農業生產規模化、集約化的加劇，以及人工作業成本的不斷攀升，農業機器人成為替代繁重體力勞動、改善生產條件、提高收獲生產效率、轉變發展方式、降低生產成本和損耗、增強綜合生產能力的關鍵裝備，也是國際農業裝備產業技術競爭焦點之一。

　　1農業機器人的特點與分類

　　1.1農業機器人的特點同工業機器人相比，農業機器人具有4個特點[2-4]。（1）作業的季節性。由于農業機器人大都針對農業生產某一環節，功能單一，因此農業機器人的使用具有較強的季節性，利用率較低，從而增加了農業機器人的使用成本。（2）作業環境復雜性。由于農業生產環境多變且無法預知，農業機器人無法同工業機器人一樣具有比較固定的作業環境。因此，農業機器人需具有適應不同環境的能力，并且能夠在不同環境中智能化完成任務。（3）作業對象的嬌嫩性和復雜性。由于農作物的嬌嫩性與復雜性，農業機器人在完成任務時，必須能適應形狀復雜、大小迥異的農作物變化情況，并且需進行柔性處理。（4）使用對象的特殊性。農業機器人的使用對象是農民。一方面，農民并不具備較高的機械電子知識水平，農業機器人必須操作簡單、可靠；另一方面，由于農業生產總體利潤不高，農業機器人的價格不能超出一般農民的承受能力。1.2農業機器人的分類隨著近年來國內外對農業機器人研究與開發的重視，目前已研發出多種農業機器人。根據解決問題的側重點不同，農業機器人大致可以分為兩類：一類是行走系列農業機器人，主要用于在大面積農田中進行作業；另一類機械手系列機器，主要用于在溫室或植物工場中進行作業。農業機器人的分類具體如表1[5-8]。除上述兩大類別農業機器人外，還有一些特殊用途的機器人，包括剪羊毛機器人、擠奶機器人、放牧機器人等，也都得到很好的應用[9]。

　　2國內外農業機器人的發展狀況

　　2.1國外農業機器人的發展狀況

　　2.1.1日本

　　日本是農業機器人研究最早、同時也是市場發育最為成熟的之一。目前，日本已研制出育苗機器人、扦插機器人、嫁接機器人、番茄采摘機器人、葡萄采摘機器人、黃瓜采摘機器人、農藥噴灑機器人、施肥機器人和移栽機器人等多種農業生產機器人，在理論與應用方面都居世界前列。圖1為日本國家農業和食品研究所發明的能夠采摘草莓的機器人。該機器人裝有一組攝像頭，能夠精確捕捉草莓的位置，還有配套軟件能根據草莓的紅色程度來確保機器人采摘的是成熟的草莓。

　　2.1.2美國

　　同日本比，由于領土廣闊及自身先進的工業技術，美國研究的重點在于行走式農業機器人，在理論與技術上都比較成熟。典型代表是美國新荷蘭農業機械公司發明的多用途自動化聯合收割機器人，很適合在美國一些專屬農墾區的大片規劃整齊的農田里收割莊稼。另外比較典型的還有斯坦福一個公司開發的智能生菜生產機器人（圖2），可以實現生菜的精耕細作、施肥除草等。

　　2.2

　　與國外相比，我國農業機器人研究與開發方面尚處于起步階段。目前我們已開發出的農業機器人有：耕耘機器人、除草機器人、施肥機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、收割機器人、采摘機器人等。農業大學研制的摘黃瓜機器人利用多傳感器融合技術，對采摘對象的成熟度進行判別，并確定收貨目標，引導機械手來抓取黃瓜，再用刀片切割瓜藤（圖6）；嫁接機器人實現了營養缽苗的供苗、切苗、嫁接和排苗的自動化作業，可廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接（圖7）；北京農林科學院研發的草莓采摘機器人可以自主搜索、識別和采摘成熟草莓果實，不僅可為草莓采摘降低人工成本，還可減輕工作強度（圖8）；東北林業大學研制出林木球果采集機器人，可以在較短的林木球果成熟期大量采摘種子，對森林的生態保護、森林的更新以及森林的可持續發展等方面都具有重要的意義，很好地解決了目前在林區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；伐根機器人主要用于收集森林采伐剩余物和培育優質工業用材林。它的應用有望克服我國的森林資源危機，改進我國的森林資源利用。

　　3存在的問題及展望

　　雖然農業機器人研究已取得很大進展，但目前農業機器人距實用普及還有很長一段距離。推廣與普及的主要瓶頸有兩點：一是農業機器人制造成本問題，二是農業機器人智能化程度問題。

　　3.1農業機器人制造成本問題

　　目前研制出來的農業機器人大都只針對農業生產某一環節的某一項作業而言,農業生產的特征之一是季節性強,造成了農業機器人的使用效率低,間接地增加了農業機器人的成本。其性價比不能滿足市場的需要,成為制約農業機器人商業化和進一步研究應用的瓶頸問題。比如采摘機器人，由于草莓、黃瓜等經濟作物生產的季節性，如果采摘機器人只能用于一種農作物的采摘，那么該機器人一年工作的時間有限。由于只有當農業機器人的生產成本低于人工收獲成本時,農業機器人才能得到推廣，這無疑對農業機器人的成本控制提出了較高的要求。

　　3.2農業機器人智能化程度問題

　　同工業機器人或者其他領域機器人相比，農業機器人工作環境多變，以非結構環境為主，工作任務具有極大的挑戰性。因此，一般而言，農業機器人對智能化程度的要求要遠高于其他領域機器人。現階段農業工程領域的專家紛紛把研究重心從機械部分轉向機器視覺、人工智能方面,力圖解決農業機器人的智能問題。從目前的技術水平來看,在自動導航、視覺辨識定位等方面已有成熟的解決方案,但總的來講,目前智能系統的發展還不夠完善,很多任務無法由農業機器人單獨完成;另一方面,即使是農業機器人具備了相當的智能,能夠完成某種任務,然而由于其制造成本過高,開發難度極大而難以實際應用。隨著農業及機器人技術的發展，現有的農業機器人技術也在不斷的完善，從而能夠更好地為農業生產服務。在今后的發展中農業機器人應側重以下兩點。

　　（1）開放式的結構及控制系統。目前對于農業機器人根據實現的功能要求，大都采用專用執行機構及專用的控制系統，構成一個封閉式結構。這樣的農業機器人具有特定的功能、適應于特定的環境，無法通過更換執行機構、增加傳感器等功能模塊進行功能擴充。比如把草莓采摘機器人功能擴充到蘋果采摘機器人，在目前封閉式結構下工作量基本等同于重新設計與開發。因此，通過研究與設計開放式的結構及控制系統，農業機器人不僅具有良好的擴展性、通用性，還具有柔性作業的能力，這樣無疑可以縮短農業機器人的開發周期，降低生產成本，提高利用率及性價比，從而達到促進推廣使用的目的。

　　（2）農業生產標準化研究與機器人技術研究緊密結合。我國地域遼闊，地理條件千差萬別，不同區域農業生產環境變化較大，對開發農業機器人的技術要求不統一，給農業機器人的研發帶來巨大挑戰。因此，農業生產的標準化可以有效地推動農業機器人的發展與應用。另一方面，農業機器人技術研究不僅包括自動化控制、人工智能、機械制造等多個學科，更應包括農學，這樣農學與機器人學科才能相互促進、共同發展，農業機器人在功能上才能更符合農業生產需求。

　　4結束語

　　從目前研究現狀上看，農業機器人能夠代替人的部分勞動，且工作效率非常高。對于環境比較艱苦、重體力勞動、單調重復的工作，如噴灑農藥、收割及分選作物等有望由農業機器人系統完成，以解放出大量的人力資源。隨著我國國民經濟的持續高速發展，農業產業結構調整和農業生產的集約化以及我國工業機器人技術的快速發展，我國農業機器人的發展將出現良好的機遇。在新的農業生產模式和新技術的應用中，農業機器人作為新一代智能化的農業機械必將得到越來越廣泛的應用。

　　參考文獻

　　1畢昆，趙馨，侯瑞鋒，等.機器人技術在農業中的應用方向和發展趨勢.農學通報,2011，27（04）:469-473.

　　2趙勻.農業機器人的研究進展及存在的問題.農業工程學報，2003，19（1）：1-4.

　　3方建軍.移動式采摘機器人研究現狀與進.農業工程學報，2004，20（2）：273-275.

　　4田素博.國內外農業機器人的研究進展.農業機械化與電氣化，2007（2）：3-5.

　　5閆樹兵，姬長英.農業機器人移動平臺的研究現狀與發展趨勢.拖拉機與農用運輸車，2007，24（5）：13-15.

　　6李玉林，崔振德，張園，等.農業機器人的應用及發展現狀.熱帶農業工程,2014，38（04）：30-33

　　7KondoN,MontaM,FujiuraT．FruitharvestingrobotsinJapan.Physical,Chemical,BiochemicalandBi

　　/王儒敬孫丙宇**