农业田间机器人
机器人在农业领域有哪些用途
机器人在农业领域有哪些用途随着科技的飞速发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛，农业也不例外。
机器人的出现为农业带来了新的机遇和变革，极大地提高了农业生产效率和质量。
那么，机器人在农业领域到底有哪些用途呢？首先，机器人在种植环节发挥着重要作用。
播种机器人可以根据预设的程序和地图，精确地将种子播撒在土地中，确保种子的间距和深度恰到好处。
这不仅提高了播种的效率，还减少了种子的浪费，为农作物的生长提供了良好的开端。
同时，移栽机器人能够快速、准确地将幼苗移栽到田间，大大减轻了人工劳动强度。
在灌溉方面，机器人也有出色的表现。
智能灌溉机器人可以通过传感器检测土壤的湿度和作物的需水量，自动进行精准灌溉。
它们能够根据不同的区域和作物需求，合理分配水资源，避免了水资源的浪费，同时也保证了作物得到充足的水分供应，促进其生长发育。
除草机器人是农业领域的又一得力助手。
传统的除草方式往往需要大量的人力，而且效率低下。
除草机器人则能够利用图像识别技术和机械手臂，准确地识别并清除杂草，而不会伤害到农作物。
这不仅节省了人力成本，还减少了化学除草剂的使用，有利于环境保护和农产品的安全。
在施肥环节，机器人同样能大显身手。
施肥机器人可以根据土壤的肥力状况和作物的生长阶段，精确计算出所需肥料的种类和数量，并进行精准施肥。
这种精准施肥的方式能够提高肥料的利用率，减少肥料的过度使用，降低农业生产成本，同时也减少了因肥料流失对环境造成的污染。
采摘机器人的出现，解决了农业采摘环节的难题。
对于一些水果、蔬菜等农作物的采摘，人工采摘不仅效率低，而且容易对果实造成损伤。
采摘机器人可以通过视觉识别技术，准确地判断果实的成熟度，并轻柔地将其采摘下来。
这不仅提高了采摘效率，还保证了果实的品质。
另外，农业机器人还能够进行农田监测和病虫害防治。
监测机器人可以携带各种传感器，实时收集农田的温度、湿度、光照等环境数据，以及农作物的生长状况信息。
这些数据通过无线网络传输到后台，农民可以根据这些数据及时调整农业生产策略。
我国有哪些农业机器人
我国有哪些农业机器人我国农业机器人的发展已经有了长足的进步，涌现了很多优秀的产品和技术，下面我们将介绍一些目前我国较为成熟的农业机器人。
1. 植保无人机植保无人机是农业机器人的一种，主要应用于农作物的喷洒和施肥。
它能够通过搭载化肥和农药的舱室，自动飞行到指定的农田范围进行喷洒作业，从而提高作物的生长效率和产量。
植保无人机还可以利用高空摄像技术对农田进行监测，帮助农民及时发现病虫害和作物情况，实现精准农业。
2. 智能插秧机器人智能插秧机器人是针对水稻种植的一种农业机器人，它能够自动化地完成水稻插秧的工作。
智能插秧机器人利用先进的视觉和感知技术，能够对田间环境进行识别和判断，自动定位并插秧，从而大大减轻了农民的体力劳动，提高了插秧的效率和质量。
3. 自动收割机器人自动收割机器人主要应用于小麦、水稻、玉米等作物的自动化收割工作。
这种机器人能够通过视觉和感知技术对作物成熟度进行判断，自动导航并进行收割作业，提高了收割的效率和质量。
自动收割机器人还可以配备作物分类和包装设备，实现全自动化的农产品生产线。
4. 土壤检测机器人土壤检测机器人是一种能够对农田土壤的理化性质和养分含量进行自动检测的机器人。
它可以通过搭载各种传感器和探测器，对土壤进行多项指标的测试，从而帮助农民科学施肥，合理种植作物，提高农作物的产量和质量。
5. 施肥机器人施肥机器人是一种能够自动完成农田施肥工作的机器人，它可以通过搭载肥料舱室和自动化操作系统，对农田进行精准施肥。
施肥机器人能够根据农田的实际情况，自动调节施肥量和施肥时间，实现精准施肥，避免了人工施肥的不稳定性和浪费现象。
机器人在农业生产中的应用
机器人在农业生产中的应用随着农业技术的不断发展，机器人技术也逐渐地应用于农业生产当中。
机器人技术的应用不仅仅在工业领域，而且，其在农业领域中也显示了很大的潜力。
机器人可以降低劳动成本、提高产量、提高农产品的质量等等，因此在未来的农业生产中，机器人将成为必不可少的一部分。
一、机器人在农田管理中的应用在农田管理中，机器人可以改善农民的工作条件，也可以改善农产品的质量。
机器人可以协助农民在田间种植作物，收获等工作。
例如，机器人可以控制灌溉系统，帮助农民减轻耕作负担，可以对作物进行定期检查，及时发现并解决作物生长过程中的问题。
机器人还可以掌握田地的温度、湿度等参数，以确保农作物的健康生长。
二、机器人在养殖业中的应用机器人在现代养殖业中的应用也逐渐地增加。
机器人可以用于鸡蛋孵化、饲料的配送、动物排泄物的清理等工作。
例如，机器人可以模拟母鸡的孵化作用，达到更优的孵化效果。
此外，机器人还可以检测牲畜的健康状况、记录食物的摄入量等，同时监测动物的成长速度，提供更好的养殖管理。
三、机器人在果园管理中的应用机器人在果园管理当中也有着很大的潜力。
机器人可以协助果园管理者监测果树的生长情况，检测病虫害、施肥和植树等任务。
例如，机器人可以进行果树的修剪和喷药，从而对果树进行有效的管理，提高果树的生长质量和产量。
四、机器人在收获中的应用机器人在农业生产中最为普遍的应用是在收获时。
机器人可以取代人工，实现自动收割、自动拾取等任务。
例如，机器人可以在果园中自动摘取水果，同时，还可以将这些水果进行分类、清洗、包装等后续工作，从而有效节约人力，提高恶劣环境下的采收速度。
五、机器人在未来的应用前景机器人在农业生产中的应用还有很大的拓展空间。
未来的机器人技术将不断更新、完善，机器人将能够承担农业生产中更为复杂和高级的任务。
例如，机器人可以对作物进行定向喷药，并选择最适合的农药和最优的喷洒时间；机器人还可以通过人工智能及云计算等技术来提高回收利用效率，降低农业生产中的浪费等问题。
农业机器人分类
农业机器人分类农业机器人是指能够自主完成农业生产任务的智能化机器人。
随着科技的不断进步和农业生产方式的转变，农业机器人在现代农业中扮演着越来越重要的角色。
本文将从不同的角度出发，对农业机器人进行分类。
一、按照作业功能分类1. 植保机器人植保机器人主要用于植物病虫害防治，可以自主巡视、识别、定位和喷洒药剂。
植保机器人可以减少使用化学农药对环境造成的污染，提高防治效果和作业效率。
2. 收获机器人收获机器人是指能够自主完成收割、摘果等作业任务的智能化机器人。
收获机器人可以减轻劳动力负担，提高作业效率，并且可以在夜间或恶劣天气下进行作业。
3. 智能播种机器人智能播种机器人是指能够自主完成播种、覆土等作业任务的智能化机器人。
智能播种机器人可以根据土壤条件和植物需求进行精准播种，提高播种效率和作物产量。
4. 田间管理机器人田间管理机器人是指能够自主完成田间管理任务的智能化机器人。
田间管理机器人可以对土壤进行检测和分析，根据植物生长情况进行施肥、灌溉等作业，提高作业效率和农产品质量。
二、按照机器人结构分类1. 轮式农业机器人轮式农业机器人是指采用轮子作为运动方式的农业机器人。
轮式农业机器人具有灵活性强、适应性广等优点，可以在不同的地形条件下进行作业。
2. 履带式农业机器人履带式农业机器人是指采用履带作为运动方式的农业机器人。
履带式农业机器人具有通过性好、稳定性强等优点，可以在复杂地形条件下进行作业。
3. 多足式农业机器人多足式农业机器人是指采用多条腿作为运动方式的农业机器人。
多足式农业机器人具有适应性强、通过性好等优点，可以在不同地形条件下进行作业。
三、按照智能化程度分类1. 单一任务农业机器人单一任务农业机器人是指只能完成单一任务的农业机器人。
单一任务农业机器人通常具有专门的结构和功能，可以完成特定的作业任务。
2. 多功能农业机器人多功能农业机器人是指能够完成多种作业任务的智能化农业机器人。
多功能农业机器人通常具有较高的智能化程度，可以根据不同的作业需求进行自主调整。
农业机器人
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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。
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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。
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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
农业机器人
农业机器人是机器人在农业生产中的运用，是一 种可由不同程序软件控制,以适应各种作业,能感觉 并适应作物种类或环境变化,有检测(如视觉等)和演 算等人工智能的新一代无人自动操作机械。区别 于工业机器人，是一种新型多功能农业机械。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力，促进了现代农业的发展。
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农业机器人的应用现状
行走式 农业机器人
农业机器人的设计和控制
农业机器人的设计和控制农业机器人在现代农业生产中扮演着重要的角色。
它们可以自动地完成许多耕作和种植工作，减少了农民的劳动强度，并提高了农业生产效率。
本文将介绍农业机器人的设计和控制。
一、农业机器人的设计农业机器人的设计可以分为以下几个方面：1. 机器人结构农业机器人的结构要根据其具体的功能进行设计。
例如，对于收获机器人，要设计出可以自动识别作物成熟度的传感器，并将这些数据传输给计算机，以便机器人自动采摘。
在设计机器人结构时，要考虑到机器人的大小、重量、灵活性等因素，以便机器人可以在农田中灵活行动。
2. 机器人传感器发展先进的传感器是农业机器人设计的一个重要方面。
机器人需要传感器来收集环境数据，例如气温、湿度、土壤质量、植物成熟度等信息。
这些数据对机器人的自主决策非常重要。
传感器的精度和可靠性要得到充分保证，以确保机器人能够进行准确的操作。
3. 机器人控制系统机器人控制系统是农业机器人设计的核心部分。
它可分为硬件和软件两个部分。
硬件部分包括机器人传感器、执行器和动力系统等，软件部分则包括机器人控制程序。
机器人控制程序可根据传感器传回的数据进行编程，控制机器人执行各种操作。
二、农业机器人的控制农业机器人的控制可分为以下两个方面：1. 机器人自主导航在操作农业机器人时，机器人需要能够自主导航，并避免障碍物，以便能够到达指定的目标位置。
自主导航可通过全球定位系统来实现。
机器人可以使用GPS接收器来获取其当前的位置信息，并使用预先设定的地图来规划自己的路线。
此外，机器人还可以利用激光传感器进行环境扫描，以便识别障碍物，并避免碰撞。
2. 机器人智能控制机器人智能控制是指机器人能够自主地进行决策。
例如，当机器人识别到一块土地不适合种植时，它可以按照预设的程序，自动地实施土地改良措施。
在机器人进行操作时，智能控制还可以确保机器人按照安全标准进行操作，例如在高温天气下，机器人应该停止工作来避免机器人过热损坏。
三、未来展望随着技术的不断发展和农业机器人的不断发展，未来的农业机器人将更加智能化。
农业机器人简介演示
商业化应用
21世纪以来，农业机器人开始在 一些发达国家实现商业化应用，
并逐渐在全球范围内推广。
农业机器人的应用与影响
提高生产效率：农业 机器人可以自主完成 农业生产任务，减轻 人力负担，提高农业 生产效率。
改善农产品质量：通 过精准施肥、喷药等 技术手段，农业机器 人有助于提高农产品 产量和质量。
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CATALOGUE
农业机器人的关键技术
导航与定位技术
GPS导航
通过全球定位系统（GPS）进行 导航，确保农业机器人在农田中的精确定位 Nhomakorabea路径规划。
惯性导航
利用惯性测量单元（IMU）进行自 主导航，实时监测机器人的姿态和 位置，实现精准作业。
环境感知
采用激光雷达、超声波传感器等感 知设备，实时获取机器人周围环境 信息，确保机器人安全、高效地导 航。
都需要农业机器人有高度的适应性和灵活性。
农业机器人发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，农业机器人的智能化程度将 越来越高，能够自主完成更复杂的农业任务。
协同作业
农业机器人将能够实现与其他农机具、农业设施以及农 业人员的协同作业，提高农业生产的整体效率。
多功能化
未来农业机器人将不仅仅是单一的农机具，而是集多种 功能于一身的综合平台，如耕作、播种、施肥、除草、收 割等。
机器视觉与识别技术
图像获取
通过高分辨率相机获取农田、农作物和环境的图像信息。
特征提取
运用图像处理算法提取图像中的纹理、颜色、形状等特征，用于后 续分析和识别。
目标识别
基于深度学习、支持向量机等方法，实现农作物、杂草、病虫害等 目标的准确识别，为农业机器人提供决策依据。
农业机器人典型案例
农业机器人典型案例
农业机器人是用于农业生产的自动化机器人，可以执行各种农业任务，如种植、施肥、除草、采摘等。
以下是一些农业机器人的典型案例：
1. 种植机器人：种植机器人可以使用机械臂将种子插入土壤中，并使用传感器来确定种植深度和间距。
这些机器人可以在不同的地形和气候条件下工作，提高了种植效率和一致性。
2. 施肥机器人：施肥机器人可以使用传感器来检测土壤的营养状况，并使用机械臂将肥料施加到需要的区域。
这种机器人的优点是可以根据土壤状况精确地施加肥料，减少了过度施肥或施肥不足的风险。
3. 除草机器人：除草机器人可以使用机械臂或喷嘴来去除农田中的杂草，同时避免使用化学除草剂。
这种机器人可以显著减少化学物质的使用，并保护环境。
4. 采摘机器人：采摘机器人可以使用传感器和机器视觉技术来识别成熟的果实，并使用机械臂将其采摘下来。
这种机器人可以显著提高采摘效率，减少人工采摘的成本和风险。
5. 无人机：无人机可以使用传感器和摄像机来监测农田状况，并使用喷嘴或药物投放装置来进行施肥、喷药等任务。
这种机器人的优点是可以在短时间内覆盖大片农田，提高作业效率。
以上是一些农业机器人的典型案例，它们的应用可以提高农业生产效率、降低成本、保护环境并提高农产品的质量。
随着技术的不断进步，未来将会有更多的农业机器人被研发和应用。
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Harvesting robot for strawberry grown on table top culture developed by Okayama University
Strawberry harvesting end-effecter
国外农业机器人的研究状况
• 德国科学家正在建立一个全自动化的农场，
以解决农业工人日趋减少的问题，在这个 农场，耕地，播种，浇水，施肥，喷药， 收获全部由机器人来操作。
国外农业机器人的研究状况
• •
丹麦研制出农田除草机器人 科学家研制出一种可用于农田除草的机 器人，这种机器人有4只轮子，由电池驱动。 除草机器人使用一台照相机来完成地面扫 描
农业机器人的分类
行走系列机器人
水田管理机器人
收获管理机器人
除草机器人
耕作机器人
农业机器人的分类
机械手系列机器人
嫁接机器人
收摘机器人
育苗机器人
其它机器人
国外农业机器人研究现状
农业机器人的研究,目前日本居世 界各国之首,并且引起了全世界的广泛 关注,各个国家根据自己的情况开发出 了各具特色的农业器人,在若干领域 中技术已趋于成熟.
External sensing system of grape harvesting robot to detect a cooperative worker as an obstacle
Cherry tomato harvesting robot
Developed by
Prof. T. Fujiura
• 农业机器人没有达到农业生产的智能需要
发展具有开放式结构的农业机器人
• • •
开放式机器人控制器采用模块化技术,功能模 块的复用,使得重复性的开发工作大大减少,从而减 少了整个系统开发的时间和成本; 开放式机器人控制器的设计可以由用户或第 三方开发人员更换或修改,可以根据需要进行机器 人控制器改型。 开放式控制器便于实现平台、操作系统和用 户接口的标准化
国内农业机器人研究的现状
上海交通大学机器人研究所的曹其新 等专家进行了用于精确农业的智能农业机 械的研究工作, 正在进行草莓拣选机器人,黄 瓜采摘机器人,嫁接机器人的研究. 江苏大学的纪良文,吴春笃进行了喷药 机器人的研究,他们采用超声测距作为喷药 机器人的辅助视觉系统.
存在的问题
• 农业机器人的成本过高
农业机器人的特点
• • • • •
农业机器人作业对象的娇嫩性 农业机器人的作业环境的非结构性 农业机器人作业动作的复杂性 农业机器人的可操作性 农业机器人的价格特性
农业机器人发展优势
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 提高作业效率 提高作业精度 无人化作业 改善农业作业者的安全与卫生环境 机器人能够完成不适合人工完成的动作 减轻作业强度 解决大型机械所产生的一系列问题
国外农业机器人的研究状况
• 英国Silsoe农机研究所发明采摘蘑菇机器人,
装有摄像机和视觉图像分析软件,用来鉴别 所采摘蘑菇的数量及属于哪个等级。它在 机上的红外线测距仪测定出田间蘑菇的高 度之后,真空吸柄就会自动地伸向采摘部位, 根据需要弯曲和扭转,将采摘的蘑菇及时投 入到紧跟其后的运输机中。
国外农业机器人的研究状况
种机器人由一台装有计算 机的拖拉机、一套光学视 觉系统和一个机械手组成， 能够从橘子的大小、形状 和颜色判断是否成熟，决 定可不可以采摘。它的工 作效率很高，每分钟可采 摘60个，而靠手工只能摘 8个左右。另外，该机器 人通过装有视频器的机械 手，能对采摘下来的果实 按大小同时进行分类。
番茄采摘机器人机械手
国内农业机器人的研究状况
嫁 接 机 器 人 技 术
东北农业大学于90年代初期 研制成功的黑豆果采摘机械手
国内农业机器人研究的现状
•
浙江大学应义斌教授研究的水果自动分 级机器人系统得到了国家863的支持 • 吉林大学王容本和于海业教授在90年 代中期开始农用自动引导行走车的研究 • 南京农业大学姬长英,沈明霞等人,浙江 工业大学胥芳,张立斌等人在进行农业机器 人的视觉研究
Cabbage harvesting robot
Developed by
Dr. M. Dohi
Shimane University
Selective harvesting robot for lettuce
3-D vision sensor------location and size of crisp head Force sensor ----hardness of crisp head
农业田间机器人技术现状 与未来发展
农业机器人技术现状及未来发展
一．农业机器人的含义 二．目前的研究现状 三．存在问题及解决方法 四．农业机器人的未来发展
农业机器人的含义
• • • •
农业机器人定义 农业机器人的特点 农业机器人的发展优势 农业机器人的分类
农业机器人的定义
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。 能够部分模拟人类智能的农业机器 人则成为智能型农业机器人。
•
除草机器人
图2-2 GPS无人驾驶拖拉机
国外农业机器人的研究状况
•
施肥机器人
国外农业机器人的研究状况
• 喷农药机器人 • 摘苹果机器人
国外农业机器人的研究状况
•
移栽机器人
除草机器人总体结构
田间工作中除草机器人
韩国Kyungpook大学所研制的苹 果采摘机器人，其机械手工作 空间可以达到3m，具有4自由度， 包括3个旋转关节和1个移动关 节。采用三指夹持器作为末端 执行器，内有压力传感器避免 损伤苹果。利用CCD摄像机和光 电传感器识别果实，从树冠外 部识别苹果时的识别率达85％， 速度达5个/S。该机器人末端执 行器下方安装有果实收集袋， 缩短了从摘取到放置的时间， 提高了采摘速度。但是，该机 器人只有4个自由度，无法绕过 障碍物摘取苹果，对于叶茎完 全遮盖的苹果，也没有给出识 别和采摘的解决方法。
Developed by
Okayama University
Cucumber harvesting robot
developed by Okayama University
Cucumber harvesting robot
developed by Okayama University
• 日本的N.Kondo等
• 英国Silsoe研究院研
制的蘑菇采摘机器人 如图所示，它可以自 动测量蘑菇的位置、 大小，并选择性的采 摘和修剪。
结球菜收获机器人的构造
育苗机器人
移栽机器人机械手部分 移栽机器人
树木球果采集机器人
伐根机器人
图2-37 工作中的挤奶机器人
图2-38 挤奶机器人的气动机械
国内农业机器人研究的现状
Osaka prefecture University
Cherry tomato harvesting robot
Cherry tomato harvesting hand developed by
Multi-fingered tomato harvesting robot Okayama University
•
国内在农业机器人方面的研究始于20 世纪90年代中期,相对与发达国家起步较晚, 但是发展很快，很多学校研究所都在进行 农业机器人和智能农业机械相关的研究.
国内农业机器人研究的现状
• 中国农业大学率先在我国开展了蔬菜自动
嫁接机器人的技术研究,解决了蔬菜幼苗的 柔嫩性,易损性和生长的不一致性等难题,实 现了蔬菜幼苗嫁接的精确定位,快速抓取,良 好切削.
developed by Okayama University
a)
b)
A B C
c)
0 1 2 [m]
External sensing system using laser scanner
developed by Okayama University
• 日本研制的葡萄收获
机械手用于葡萄园中 棚架方式种植的葡萄。 棚架种植方式被认为 比其它方式更适合机 器人工作。
• 美国Purdue大学
Y．Edan和G．Miles研 制了3自由度的伺服电机 控制的操作手，用来收获 甜瓜。这类机器人行走装 置的倾斜引起的位置误差 较大，导致收获成功率仅 达到65％。另外，该机器 人没有解决有叶、茎障碍 物影响末端执行器抓取的 问题。
• 柑橘收获机器人 • 西班牙科技人员发明的这
• 日本京都大学开发了
一西瓜收获机器人， 如图2-8所示。一般的 机器人多数是采用电 气驱动，但是为了降 低成本，这种西瓜收 获机器人却是采用油 压驱动，比以蓄电池 为动力源的电气驱动 要经济的多。这种机 器人没有使用价格相 对较高的高精度油压 控制马达，而是采用 了油缸控制，这样做 也降低了机器人的成 本。
农业机器人的未来前景
• 找出最佳的作业方法 • 提高农产品的质量 • 用机器人易于实现的动作代替人的动作， • 价格合理，便于推广 • 一机多用，以提高效率
敬请各位专家提出宝贵意见
谢谢
The robot harvested watermelon in 1997
The robot
Zb
August 10-27, Fine day
Xb
Yb
DC motor Wire
Experiment in 2001
Dr. S. Sakai of Kyoto University
Cucumber Tomato Strawberry Grape harvesting robot