浅谈我国农业机器人未来的发展
重点和难点
摘要：农业机器人具有像人一样的信息感知和行动功能，可以减轻人的劳动强度，提高劳动生产率和作业质量，防止农药化肥等对人体的伤害。

在新的农业生产模式和生产实践中，农业机器人作为智能化的农业机械，必将得到越来越
广泛的应用，成为现代农业的重要装备。

本文通过查找资料的方法，简单阐述
我国农业机器人未来的发展重点和难点。

关键词：农业机器人；未来发展；重点；难点
一、国内外农业机器人发展现状
1.1国外农业机器人发展现状
由于经济上和技术上的特殊性，机器人在农业方面的应用相对比较滞后，
自20世纪80年代起，以日本为代表的发达国家开始研制农业机器人。

2011 年，日本农研机构和涉谷精机联合研制了草莓采摘机器人。

以采摘机器人为代表的
农业机器人可以提高生产效率，减轻农民的负担，在未来将会有较大的发展空间。

【1】
北欧科学家研发出了可用于除草的农业机器人，不但减少农民的劳动，而
且还最大程度上减少化学除草剂的用量。

韩国科学家研发的苹果采摘机器人具有4个自由度的机械手，其中3个为
旋转机构与 1个移动机构，具有3m的工作空间，末端采用3指夹持器，为避
免损伤苹果，采摘机器人同时配有压力传感器，利用CCD摄像头与光电传感器
识别苹果，并在执行器下方安装收集袋，减少了苹果摘取存放的时间，加快了
采摘速度，该采摘机器人对苹果识别的准确率达到83%，正常工作情况下采摘
速度为6个/s。

【1】
英国科学家成功研制出能够测量蘑菇位置、大小，并进行修剪的蘑菇采摘
机器人。

法国科学家研发的分拣机器人能够在恶劣的环境下作业，能够区分大个番茄、樱桃并加以分拣同时，分拣机器人还可以分拣不同大小的土豆。

1.2 我国农业机器人的发展现状
我国对机器人的研究起步较晚。

十一五以来，随着国家的不断重视以及有
关政策的大力扶持，我国的农业机械化得到了快速发展，农业机器人及智能化
农业装备以高效率高精度、低强度、低能耗和环境友好为特点，显示了广阔的应用前景。

目前，国内农业机器人主要有蔬菜采摘机器人、水果分选机器人、嫁接机
器人和农业生产机器人。

当前我国对于农业机器人的研究还处在基础阶段。

中国农业大学研制出了果实采摘机器人试验样机，并进行了深入的研究在果实识别确定果柄位置等方面的研究取得了突破，形成了果实采摘机器人实验平台，应用图像处理技术对果实进行识别和定位，对果实的遮挡以及重叠等情
况进行了数学建模，取得了一定的研究数据和研究成果。

【1】
南京林业大学研发的智能除草机器人，在切割杂草的同时，通过视觉传感
器对图像分析后控制机械手臂将高浓度的除草药物涂抹在切口处，这样做既节
约了药物，保证了良好的除草效果，又能减少喷洒农药时对空气及周边环境的
污染。

【1】
上海交通大学研发的草莓收获机器人果柄检测成功率可达93%，草莓定位
效率1个/s，草莓的破损率大约5%。

中国农业大学研发的茄子采摘机器人也是利用视觉传感器测量果实与机械
臂距离，测量距离在27~57cm范围时，测量误差可被控制在±18mm内，机器
人抓取成功率达89%，平均每次摘取耗时37s。

【1】
我国的农业机器人在精度、效率和可靠性方面，和国外相比还存在一定的
差距，研究还主要集中在理论研究阶段，以图像分析和机械控制为主，研究对
象主要以西红柿为主的球形水果，对其他果蔬的研究较少，大部分研究样机还
没有真正形成市场化的商用智能化机器人。

二、农业机器人的重点发展关键技术
与相对成熟的工业机器人相比，农业机器人需要不断提高以下技术水平。

(1)图像识别处理技术。

图像识别是实现农作物生长环境控制、种植、除草、剪枝、采摘、植保、施肥和耕作等多种农业生产自动化必不可少的技术。

任何
一种农业生产机器人的正常工作均有赖于对作业对象的正确识别。

【2】
(2)定位技术。

对于大范围行走的农业机器人而言，一个重要的研究课题就是建立确定机器人本体位置和行走方向的导航系统。

近些年广泛使用卫星定位
系统(GPS ) ，而我国目前正在推广的北斗导航未来将成为农业机器人田间定位的新方向。

为了了解机器周围的环境，也可以使用地理信息系统(GIS )。

【2】
(3)生物传感器技术。

研究生物体的化学、电学、光学和声学等特性，开发新的生物传感器是提高农业机器人工作可靠性和环境适应性，改善机器人作业
质量的重要手段。

(4)智能控制技术。

对于农产品特征的复杂性，进行数学建模比较困难，因此基于模糊逻辑，神经网络和智能模拟技术的自学习功能十分必要。

农业机器
人可以在人工辅助条件下，不断进行学习，并记忆学习结果，形成自身处理复
杂情况的知识库。

三、我国农业机器人发展的方向
(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。

【2】（4）农业机器人的多功能化。

为提高效率、降低成本农业机器人，要尽可能实现功能用途多样化，要求其具有良好的通用性和可编程性。

只要简单更换
机械装置的终端执行器和操作软件，就可改变农业机器人的用途，提高其使用
率才能促进应用。

【2】
（5）良好的适应性。

农业机器人不仅作业对象复杂多变,而且作业环境复
杂而恶劣,设施农业机器人经常是在高温高湿环境下作业；而农田机器人作业时，则经常要面对风、沙、雨和烈日的照射。

因此,农业机器人必须具有良好的适应性,并可根据环境情况实现自适应调整,并且在实际工作中,可根据作物生长环境和生长状况,自动选择最佳作业内容与作业方法。

【3】
（6）操作简单化,价格低廉化。

农业机器人操作者是农民，不是受过专业
教育的机电工程师,因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点；同时农业的弱质性与弱势性要求农业机器人制造成本一定要低,否则很难普及。

四、我国农业机器人发展的难点
（1）对象特征复杂。

农产品的特征极其复杂 ,进行数学建模比较困难,农
业机器人可在人工辅助条件(如模糊逻辑、神经网络和智能模拟技术等)下进行
自学习,并记忆学习结果,形成自身处理复杂情况的知识库。

（2）作业环境恶劣。

农业机器人较工业机器人的工作环境要复杂和恶劣得多,进行感知、执行和信息处理的各部件以及系统必须适应环境照明、阳光、树叶遮挡、脏、热、潮湿、振动等影响 , 保持高可靠性。

【4】
（3）开发难度大 ,生产成本高。

季节性强是农业生产特征之一,它决定了农业机器人使用效率低 ,间接增加了成本。

要提高农业机器人的生产效率 ,只有当其生产成本低于人工作业成本时,农业机器人才能达到实用化。

而目前农业机器人成本高 ,性价比与实际市场要求还有很大差距 ,从而制约了农业机器人的进一步研究和商业化开发。

【4】
参考文献：
【1】农业机器人研究现状及发展趋势《农业工程》朱凤武，于丰华，邹丽娜，岳仕达 2013年11月
【2】现代农业机械—农业机器人的应用与发展齐虎春
【3】农业机器人的应用与发展《农业科技推广》程跃 2005年7月
【4】农业机器人概况与发展《江苏农业科技》易中懿，胡志超 2010年第二期。