第七章 智能农业机械

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第2 部分-机器人简介
内容
什么是机器人 机器人的发展历史和趋势 机器人的分类 机器人的组成和技术
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什么是机器人（robot）

日本：
加藤一郎：具有如下3个条件的机器

具有脑、手、脚等三要素的个体； 具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传 感器； 具有平衡觉和固有觉的传感器。

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什么是机器人（robot）

美国：
易于再编程的装置
手动装置、固定顺序的装置都不认为是机器人
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什么是机器人（robot）
中国：
机器人是一种自动化的机器 这种机器具备一些与人或生物相似的智
能能力，如
感知能力 规划能力 动作能力 协同能力
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什么是机器人（robot）
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精细变量施肥机
装备有GPS的施肥机
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精细变量施肥机
装备有GPS的施肥机
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精确变量干粉混合施肥机 1 微处理器 2 田间地图 3 电液阀 4 商品肥料斗 5 计量轮 6 输送链 7混合搅轮8 注入泵 9 微肥斗 10 水平搅轮11竖直搅轮 12 刮（浆）板 13 分配头 14 输送管 15 文丘里管 16 鼓风机 17 空气多路歧管 18 杆管 19 喷嘴-反射管
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1978年，第一台PUMA机器人由Unimation 装运到GM公司
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80年代开始，各种机器 人公司陆续成立，并不 断出现兼并和调整 1983年，美国开始将机 器人学列入教学计划。 1994年，CMU利用 Dante机器人探测Alaska spurr火山采集火山气体 样本

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装备有GPS的自动喷药机械
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流量及雾滴大小调节的变压控制器
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流量及雾滴大小调节的变压控制器
基于区域传感器的精确田间虫害控制 系统概念示意图
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喷杆与摄像机的安装
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田间图像与控制响应实例 图中水平线以上是处理过的图像部分，喷杆上12 个喷嘴用标有数字的LED表示，当LED亮，相应 的喷嘴动作
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智能化农业机械的特点： (1)提高机器作业的技术性能过程监视、控制、诊断 和通信。 (2)实现节本增效和利于改善生态环境的农作。包括 节约物资、降低作业成本和能源消耗，以及减少对土壤、 水体和动植物的污染。 (3)过程的精细操作。包括及时获取过程信息和精细 执行过程控制指令。 (4)改善劳功者的操作条件包括良好的人机接口以及 操作方便性、文全性和舒适性。 (5)开发基于卫星定位系统实施精细农作的智能控制 农业机械，支持农田作业的科学管理决策等。 36

国际标准化组织对工业机器人的定义 （1987年）
工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动
功能，能完成各种作业的可编程操作机。
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机器人的功能

节省劳动力
搬运机器人、清扫机器人……
进行极限作业
喷漆机器人、空间机器人、海底机器人
用于医疗、福利
外科手术、智能轮椅……
与人协调作业 机器宠物

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变量播种机
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精密播种机示意图
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精细灌溉设备
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电子学用于农业机械装备的技术创新，可概括为如下5个基本领 域： （1）提高机器作业的技术性能:过程监视、控制、诊断和通信。 （2）实现节本增效和利于改善生态环境的农作:节约物资、能源 消耗，降低作业成本以及减少对土壤、水体和动植物的污染。 （3）过程的精确操作:及时获取过程信息，精确执行过程控制指 令。 （4）改善劳动者的操作条件:良好的人机接口，操作方便性。安 全性和舒适性。 （ 5 ）开发基于卫星定位系统实施精细农作的智能控制农业机 械，支持农田作业的科学管理决策等。
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1967年，第一台Unimate公 司的喷涂用机器人出口到日 本 1968年，第一台智能机器人 Shakey在斯坦福研究所(SRI) 诞生

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1972，IBM公司开发出内部使用的制造机 器人，并发展成为IBM7565商用机器人
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1973年，Cincinnati Milacron公司推出 T3 型机器人
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（2）收获机械智能化

美国农场装备制造商卫西·弗格森，在联合
收割机上安装了一种产量计量器，能在收 割作物的同时，准确收集有关产量的资 料，并绘成各个田块的产量分布图。农场 主可以利用这种产量分布图，来确定下一 季的种植计划以及种子、化肥和农药在不 同田块的使用量。
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（3）灌溉机械智能化
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2001年，加拿大MD机器人公司建造的“空间站远 程操纵系统”发射进入太空轨道
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机器人发展趋势
用于制造生产线 结构化环境下 规则工作 具有简单智能的 工业机器人 工程、社会服务、人类生活 等各个领域 适应非结构环境下的 各种灵活需求 具有综合和集成能力的 智能机器人
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卡内基梅隆的科学家预测：
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5 国外农业机械智能化简况

近几年来，一些发达国家不断将高 新技术应用到农业机械上，使农业机械 向智能化方向发展。
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（1）耕作机械智能化

美国东伦敦综合技术学院土地管理系研制 成功一种激光拖拉机。利用计算机系统导航装 置，不仅能够准确无误地测定其所在位置及运 行方向，使误差不超过25厘米，而且能够根据 送入农场计算中心的电子图表，查找出该处土 地的湿度、化学成分、排水沟位置和其它一些 特点：准确计算出最佳种植方案要，所需种子、 肥料和农药数量等。一人在室内荧屏前可操纵 多台激光拖拉机进行耕作，耕作速度快，且可 减少种子、肥料和农药消耗，节约生产成本 50%，提高作物产量20%。
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（5）挖土机械智能化

美国匹兹堡一家公司研制成功 一种超声波挖土机，在埋有电缆和 管道的地方挖土时，可避免将电缆 和管道挖坏。这种新型挖土机，使 用超声波喷气流破碎土壤，然后用 真空装置将土吸走，不会对电缆和 管道造成损害。
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（6）放牧机械智能化

英国科学家设计出一种可代替人或 犬放牧羊群的牧羊机器狗。它备有一架 摄像机和一台计算机，可对羊群移动的 情况进行分析。如果羊群显得不安定的 话，其队形、速度和移动状况就会反映 出来，牧羊机器狗便会在羊群移动，直 到羊群安定下来。羊群不会受到惊扰。
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（7）采摘机器智能化

法国科学家开发的摘苹果机器 人，能辨别出苹果是否成熟。摘一只 苹果仅需6秒钟，为人工采摘时间的 一半。美国一家公司发明的一种采蘑 菇的机器人，可按设定的蘑菇伞最小 直很进行采摘，平均每6秒钟采摘一 个蘑菇，且不会使蘑菇受损。
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6 精细农业的实施与农业机械智能化

农业的可持续发展要求实施精细农业。生态效 益、环境效益、经济效益与社会效益的统一，在 推进精细农业时才会更明显。先进的农业生产技 术对农业机械提出了更高要求，农业机械的发展 会促进农业技术层次的提高。实施精细农业和途 径是发展智能化的农业机械。
1995年，Intuitive Surgical 公司推出外科手术机器人。
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1997年，NASA的探险者登陆火星，并由旅行者将所拍摄 的照片发回地球
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1997年，Honda推出 人形机器人P3 1999年，Sony推出机 器狗Aibo

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2000年，Honda推出第二 代人形机器人Asimo, Sony 推出人形机器人Qiro
A
B 基于精细农业思想的农业机械智能化 迄今支持精细农作的若干重要农业机 械，如带产量图自动生成的用于小麦、玉米 和大豆收获的谷物联合收割机，实施变量处 方农作的谷物精密播种机、施肥机、施药机 和灌溉设备在国外都已有若干类型的商品化 产品，但仍需继续完善并扩大到更多的农机 作业应用领域。今后，实施精细农业和发展 智能化农业机械主要包括以下方面：
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机器人的发展历史

1920年，捷克作家卡雷尔·卡佩克在科幻剧本《罗萨姆的万 能机器人》中定义了“robota” 1954年，George Deval开发出第一台可编程机器人 1962年，Unimation公司成立，出现了最早了工业机器 人，第一位用户是GM 1964年，MIT，Stanford University 等成立人工智能研 究所 1965年，Carnegie Mellon University 建立机器人研究 所
第七章 智能化农业机械装备技术
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具有测产功能的谷物联合收获机
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第六章智能化农业机械装备技术
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具有测产功能的谷物联合收获机
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传统田间测产方法： 单产量=总产量/地块亩数。 精细农业田间测产方法： 单产量=（谷物质量流量-水分含量+损失量）/ （收割机行驶速度╳割幅宽度）。
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结构原理
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产量图的形成
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4 支持精细农作变量处方农业机械
智能化农业机械IAM（Intelligence Agricultural Machine，或称智能控制系统下的农机具，ICS农机， Intelligence Control System） 支持“精细农业”的智能化农业机械： 1. 收获机械产量监示器与产量图自动生成系统，如自动 控制精度平地机 2. 自动控制实现精密播种 3. 精细施肥 4. 精细施药 5. 精细灌溉

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(1)用于与作物收获机械配套的产量传感技 术与带产量图白动生成系统软件的开发。 (2)大中型拖拉机和自走型农业机械智能化 技术状态实时诊断、监控与显示装置的开发。 (3)实施定位处方农作和控制的施肥、施药、 浇水、精播和栽植的移动作业机械的研究。 (4) 自走式农田土壤、病虫草害和作物苗情 定位信息采集机械装备的开发研究。 (5)农机作业信息高效处理、存储、传输、 通信技术及其总线与接口的标准化。