机器人技术持续发展,相应的机器人应用领域也广泛扩展。当下机器人的应用已从工业扩展到了农业领域,越来越多的机器人应用在了农业这个人类传统的行业中。用在农业生产中的机器人就称为农业机器人。农业机器人的广泛应用,在改变了传统的农业劳动方式的同时,减少了农民的体力劳动,促进了现代农业的发展。长期以来,在农业生产中由于机械化和自动化程度低,从而导致劳动生产率低下、劳动力不足等,对工业发展带来了极大限制。农业机器人的出现和发展,大大地解放了农民的生产力,提高了生产效率。同时农业机器人也改善了农业生产环境,防止农药、化肥等对人体的伤害。农业机器人能够代替人的部分劳动。对人类来说在艰苦条件下的重体力劳动、单调重复的工作,如喷洒农药、收割及分选作物等都可以通过农业机器人来完成。
农业机器人主要应用于:大型的,半开放式结构的农业生产环境;蓄养多种动物的农业设施;林业;水产养殖业等。
农业机器人目前仍处于发展期。一方面其应用还主要在于完成一些确定的或低精度的任务,如喷洒。另一方面,随着计算机和机器人技术的进步,农业机器人也开始在一些更复杂的农业生产工作中崭露头角,如采摘西红柿和水果等。近几年出现了多种农林用途机器人,如耕耘机器人、嫁接机器人、农药喷洒机器人、瓜果采摘机器人、温室管理机器人等。这些新型装备不仅能提高产量、减少对熟练劳动力的需求,而且减少了可见的人工操作的变化性。
农业机器人主要有以下特点。
农作物软弱易受伤,各种生产活动必须细心轻柔地实施。且农作物种类繁多,形状复杂,在三维空间里的生长发育程度不一,相互之间有较大差异。
农业领域内机器人的行走不是寻求最短路径以连接出发点和终点,而是具有狭窄的物理接触范围,较长的行走距离及遍及整个田间表面的特点。
通常农业作物随着时间和空间的不同而变化,如此导致机器人的工作环境也是变化的、未知的,是一种开放性的环境。作物生长环境一方面受倾斜度、园地范围等地形条件的约束,同时还直接受季节、大气环境等自然条件的影响。生物农业机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理能力,而且还要能够对变化无常的自然环境有较强适应力。这要求农业机器人在视觉、知识推理和判断力等方面具有相当的智能。
对于工业机器人,其所需的大量投资由工厂或工业集团支付,而农业机器人以个体经营为主,制定较低的装备价格,有利于农业机器人的普及。
农业机器人的使用者大多不具有机械电子知识的专业,因此要求农业机器人必须具有高可靠性并且操作简单易理解。
农业机器人按照生产环境的不同大致可以分为农业施肥/杀虫机器人、农业除草机器人、采摘/嫁接机器人、分检果实机器人、农业播种/收割机器人等。
与工业机器人类似,农业机器人的外形也是“五花八门”,有外形像飞机的,有外形像履带车的,有带机械手的……机器人的形态虽然各异,但目的都是一样——方便在农林环境下作业。各种农业机器人如图1-16~图1-23所示。
图1-16 飞行式施肥杀虫机器人
图1-17 施肥杀虫机器人(Rosphere)
图1-18 丹麦除草机器人
图1-19 我国除草机器人
图1-20 采摘机器人
图1-21 蔬菜嫁接机器人
图1-22 久保田AR96超级收割机器人
图1-23 农业插秧机器人
现阶段的施肥/杀虫机器人一般都采用的是图1-16中所示的飞行式,飞行式的农业施肥/杀虫机器人的优点是速度快、使用面积广、不受地形的影响。
图1-17中的Rosphere是马德里大学机器人和控制研究中心研制出来的一款农用施肥/杀虫机器人。这个球形机器人可以在不平的地面推动自己,以便于监视和服务于农作物,用于精确施肥、杀虫。
图1-18是丹麦奥尔胡斯大学农业工程院的科学家设计的除草机器人。它身上安装有摄像头,能够根据叶子的形状和方向识别野草,然后将其毫不客气地连根拔除。
在当代,农业机械化的发展是一个国家农业发展水平的标志,而农业机器人技术更体现出一个国家的科技实力。机器人正在或已经替代人的繁重体力劳动,在新的农业生产模式和新技术的应用中,可以预见,农业机器人必将得到越来越广泛的应用。
日本是一个劳动力缺乏的国家,为了缓解这个矛盾,日本十分重视农业机器人的研究开发工作,取得了丰硕的成果,居于世界领先地位。
我国是一个发展中的农业大国,农业问题始终是关系到我国经济社会发展的根本问题。农业机器人在我国的研究也取得了一定的成果,并应用到了部分农业生产生活当中。但我国的农业机器人在精度、效率和稳定度方面和国外还有一定的差距。