溫室園藝產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)在西方發(fā)達國家的水平很高、規模很大。由于受到農業(yè)用地狹小的條件限制，荷蘭、以色列、日本等國家發(fā)展溫室園藝產(chǎn)業(yè)具有明顯的特征：重視種苗培育、建設現代化大型溫室、大量采用智能化計算機控制、生產(chǎn)流程高度自動(dòng)化。這種植物工廠(chǎng)的專(zhuān)業(yè)模式和分工方式能產(chǎn)生非常高的生產(chǎn)效率，大幅提高優(yōu)質(zhì)蔬菜、花卉的質(zhì)量和產(chǎn)出率，能取得很好的經(jīng)濟效益。在信息化時(shí)代到來(lái)的今天，依托自動(dòng)控制技術(shù)和信息技術(shù)的溫室精準農業(yè)是備受關(guān)注的焦點(diǎn)，世界各國都在該領(lǐng)域開(kāi)展研究，取得一系列很有特色的成果，極大地推動(dòng)了溫室精準農業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步。其中，溫室園藝生產(chǎn)機器人無(wú)疑是最具代表性的。
由于設施生產(chǎn)是在全封閉的設施內周年生產(chǎn)園藝作物的高度自動(dòng)化控制的生產(chǎn)體系，可以最大限度地規避外界不良環(huán)境影響，具有技術(shù)密集型的特點(diǎn)，而溫室園藝機器人能夠滿(mǎn)足這種精細管理和精準控制的需求，并且能夠解決溫室園藝生產(chǎn)的勞動(dòng)密集和時(shí)令性較強的瓶頸問(wèn)題，大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善設施生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境，避免溫室密閉環(huán)境施藥施肥對人體的危害，保證作業(yè)的一致性和均一性等。王樹(shù)才(2005)指出，目前全世界已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了耕耘機器人、移栽機器人、施肥機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、蔬菜水果采摘機器人、苗盤(pán)播種機器人、苗盤(pán)覆土消毒機器人等相對比較成熟的可用于設施園藝生產(chǎn)的農業(yè)機器人。機器人技術(shù)尤其以日本最為代表性，日本作為最早研究機器人的國家之一，由于其老齡化提前到來(lái)引發(fā)勞動(dòng)力缺乏以及人力成本高等問(wèn)題，從20世紀70年代開(kāi)始，日本的工業(yè)機器人開(kāi)始快速發(fā)展，在經(jīng)過(guò)對汽車(chē)焊接、汽車(chē)噴漆等工業(yè)領(lǐng)域的成功應用之后，日本的農業(yè)機器人也開(kāi)始不斷取得進(jìn)展。佟玲(1995)指出，日本在20世紀末已經(jīng)在技術(shù)密集型的設施園藝領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了多種生產(chǎn)機器人，如嫁接機器人、扦插機器人和采摘機器人等。荷蘭花卉生產(chǎn)非常發(fā)達，溫室園藝產(chǎn)業(yè)具有高度工業(yè)化的特征，每年花卉產(chǎn)業(yè)可創(chuàng )造50億歐元的價(jià)值。由于溫室園藝產(chǎn)品生產(chǎn)擺脫了土地約束和天氣影響，可以實(shí)現按工業(yè)方式進(jìn)行生產(chǎn)和管理，其種植過(guò)程可以安排特定的生產(chǎn)節拍和生產(chǎn)周期，產(chǎn)后包裝、銷(xiāo)售也能夠做到與工業(yè)生產(chǎn)如出一轍。因此，荷蘭的機器人技術(shù)得到快速發(fā)展。很多溫室使用機器人實(shí)現不分白晝的連續工作，極大地降低了勞動(dòng)成本。周增產(chǎn)(2001)即介紹了荷蘭農業(yè)環(huán)境工程研究所開(kāi)發(fā)的黃瓜采摘機器人，它能夠快速到達初步作業(yè)位置，視覺(jué)系統能夠探測到黃瓜果實(shí)的精確位置及成熟度，末梢執行器可以抓取黃瓜果實(shí)并將果實(shí)從莖稈上分離。由于溫室園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要以及對高精尖溫室園藝環(huán)境控制機器人的需求，這一領(lǐng)域得到快速發(fā)展。
一、種植機器人
標準模塊化機器人的理念在設施園藝生產(chǎn)領(lǐng)域的應用能夠給農業(yè)注入巨大的活力。以色列海法市一所大學(xué)的研究人員研制的種植機器人選擇可用來(lái)運輸的集裝箱作為作物生長(cháng)環(huán)境，選用營(yíng)養液栽培法來(lái)種植蔬菜及其他農作物。這種方法的主要原理是：以水取代土壤作為植物的苗床。每只集裝箱內從播種、澆水直至收獲均由機器人系統操作，箱內的溫度、濕度、光線(xiàn)等，均由機器人細心控制，使農作物一年每一個(gè)生長(cháng)時(shí)刻都得到精心的管理。經(jīng)過(guò)試驗，一個(gè)運輸集裝箱平均每天可生產(chǎn)的蔬菜比同樣面積的普通農田的產(chǎn)量要高出數百倍。這種基于標準模塊組裝的機器人具備大規模應用的廣闊前景，規?；瘽摿薮?。
二、工廠(chǎng)化育苗機器人
設施生產(chǎn)工廠(chǎng)化育苗精準作業(yè)育苗機器人是專(zhuān)門(mén)針對西甜瓜等需要專(zhuān)門(mén)育苗的作物播種、噴藥的生產(chǎn)需求的。該系統能流水線(xiàn)式作業(yè)，自動(dòng)完成大規模苗盤(pán)播種時(shí)的自動(dòng)上土、精量播種、對靶噴藥消毒殺菌等三個(gè)環(huán)節，一條生產(chǎn)流水線(xiàn)可實(shí)現整個(gè)環(huán)節全部自動(dòng)化，封閉式作業(yè)、流水線(xiàn)工序，是設施生產(chǎn)瓜果、蔬菜、花卉等工廠(chǎng)化育苗的關(guān)鍵設備之一。該系統全部采用自動(dòng)化作業(yè)，真空吸種，自動(dòng)輸送，不銹鋼機架結構造型美觀(guān)，不同的精；隹作業(yè)模塊采用組合設計，綜合集成了氣、液、電、光等技術(shù)成果，采用程序全自動(dòng)控制?？商岣卟シN的精度，消除土壤病蟲(chóng)害，減輕勞動(dòng)者勞動(dòng)強度。噴藥時(shí)采用封閉環(huán)境，減少?lài)娝庍^(guò)程中農藥對人體的危害，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。該系統能實(shí)現快速流水線(xiàn)作業(yè)，是現代設施生產(chǎn)的關(guān)鍵設備。該設備非常適合現代農業(yè)園區使用，有很好的示范效果。
工作流程為：苗盤(pán)首先被傳送帶送到送土位置，完成自動(dòng)裝土工序，然后自動(dòng)到達播種位置，由傳感器檢測到苗盤(pán)準確位置后，發(fā)出信號，自動(dòng)精量播種機采用真空氣吸技術(shù)，將種子吸附在播種器上放種。播種器可完成并排多個(gè)播種穴的同時(shí)放種，并且可以精確地自動(dòng)控制每個(gè)穴中播種的數量。播種完后，到達噴藥位置，系統可自行完成自動(dòng)農藥對靶噴灑，能有效地節省農藥并精確定位殺死病菌和害蟲(chóng)。例如，西甜瓜基地實(shí)現播種育苗可以有效為周邊農戶(hù)和企業(yè)提供育苗作業(yè)，具有良好的示范展示作用，為目前國際設施生產(chǎn)地主要發(fā)展方向，對于推動(dòng)溫室自動(dòng)化精準育苗流水線(xiàn)作業(yè)具有重要意義。
三、移栽機器人
一般，移栽作業(yè)需要大量手工勞動(dòng)才能完成，為了解決上述難題，開(kāi)發(fā)了移栽機器人，它能夠代替人工，高效率地進(jìn)行移苗工作。王樹(shù)才(2005)介紹了臺灣KC．Yang等研制的移栽機器人，該設備能把幼苗從600穴的育苗盤(pán)中移植到480穴的苗盤(pán)中，這種自動(dòng)化的作業(yè)方式能極大地減輕工人的勞動(dòng)強度。該機器人本體由四自由度工業(yè)機器人和SNS夾持器組成，在工作的過(guò)程中，依靠系統的視覺(jué)傳感器和力度傳感器，能夠做到夾持秧苗而不會(huì )對其造成損傷。在秧苗緊挨作業(yè)時(shí)，每個(gè)苗的時(shí)間約3s。這樣的工作效率是熟練工人的2倍～4倍，而且不會(huì )因為工作單一枯燥和長(cháng)時(shí)間勞動(dòng)而降低工作質(zhì)量。因此，該設備非常合適現代溫室園藝的生產(chǎn)過(guò)程中的移栽作業(yè)。另外，該工作過(guò)程可通過(guò)計算機控制，實(shí)現自動(dòng)化的標準苗分選，保證種苗的質(zhì)量，該分選可通過(guò)專(zhuān)門(mén)的標準苗分選機器人進(jìn)行(見(jiàn)圖1)。這種機器人作業(yè)的模式可以有效解決人為因素導致的種苗分選質(zhì)量不穩定的問(wèn)題。
四、嫁接機器人
溫室生產(chǎn)中廣泛應用的嫁接技術(shù)能有效提高產(chǎn)量、增加作物抗病蟲(chóng)害的能力，因此越來(lái)越多地得到應用。為了解決嫁接過(guò)程中勞動(dòng)強度大的問(wèn)題，機器人技術(shù)較早被引入這個(gè)領(lǐng)域。日本對嫁接機器人的研究起步較早。嫁接的對象包括黃瓜、西瓜、番茄等。這種經(jīng)過(guò)嫁接的蔬菜水果更能適應溫室環(huán)境并明顯地提高產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)。機器人利用圖像探頭采集視頻信息并利用計算機圖像處理技術(shù)，實(shí)現嫁接苗葉的識別、判斷、糾錯等。然后，機器人完成砧木、接穗的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接全過(guò)程的自動(dòng)化作業(yè)。全自動(dòng)的機器人可以同時(shí)將砧木和接穗的苗盤(pán)通過(guò)傳送帶送入機器中，機器人可自動(dòng)完成整個(gè)苗盤(pán)的整排嫁接作業(yè)，工作效率極高。半自動(dòng)的機器人通過(guò)人工輔助，在嫁接過(guò)程中，工人把砧木和接穗放在相應的供苗臺上，系統就可以自動(dòng)完成其余的勞動(dòng)作業(yè)。
五、農藥噴灑機器人
不合理的使用農藥極容易導致人員中毒，全國每年因為施藥機械落后導致中毒的事件有8萬(wàn)人之多。由于施藥技術(shù)直接關(guān)系工人的身體安全健康，并關(guān)系到對空氣和地下水的危害程度，所以，國外發(fā)達國家一直在高效施藥技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展著(zhù)大量研究工作。機器人技術(shù)是根據設施生產(chǎn)中殺菌和病蟲(chóng)害防治的要求，結合現有的高精尖科技成果，應用光機電一體化技術(shù)、自動(dòng)化控制等技術(shù)在施藥過(guò)程中按照實(shí)際的需要噴灑農藥，做到定量、定點(diǎn)，實(shí)現噴藥作業(yè)的人工智能化，做到對靶噴藥，計算機智能決策，保證噴灑的藥液用量最少和最大程度附著(zhù)在作物葉面，減少地面殘留和空氣中懸浮漂移的霧滴顆粒。日本為了改善噴藥工人的勞動(dòng)條件開(kāi)發(fā)了針對果園的噴藥機器人，機器人利用感應電纜導航，實(shí)現無(wú)人駕駛，利用速度傳感器和方向傳感器判斷轉彎或直行，實(shí)現轉彎時(shí)不噴藥。美國開(kāi)發(fā)的一款溫室黃瓜噴藥機器人利用雙管狀軌道行走，通過(guò)計算機圖像處理判斷作物位置實(shí)現對靶噴藥。周恩浩(2008)對溫室噴藥機器人的導航問(wèn)題提出了一套視覺(jué)方案，并對此進(jìn)行了理論探討，導航和定位涉及到人工智能的運算算法，是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題。溫室噴藥機器人Ehu采用輪式方式行走，可利用輔助標志自動(dòng)識別道路，噴藥機器人采用循跡方式自走作業(yè)，采用超聲波技術(shù)和光電技術(shù)定位作物，可以實(shí)現姿態(tài)的靈活調整，非常適合在溫室的光線(xiàn)下進(jìn)行圖像識別(見(jiàn)圖3)。姿態(tài)校正速度明顯高于攝像頭導航的機器人，基本不會(huì )偏離作業(yè)路徑，可實(shí)現持續噴霧作業(yè)。
六、采摘機器人
目前國內外研究和投入應用的采摘機器人作業(yè)對象基本集中在黃瓜、番茄等蔬菜，西瓜、甜瓜等瓜類(lèi)，以及溫室內種植的蘑菇等勞動(dòng)密集的作物。以色列YaelEdan(1995)介紹了用于水果采摘的準確率可達85％的可自行定位和收獲的機器人。英國西爾索研究所研制了蘑菇采摘機器人，它可自動(dòng)測量蘑菇的位置、大小，并且根據設定值選擇成熟的蘑菇進(jìn)行采摘，機械手由兩個(gè)氣動(dòng)關(guān)節和一個(gè)旋轉關(guān)節組成，采用頂置攝像頭來(lái)確定位置和大小，采蘑菇速度為6個(gè)／s～7個(gè)／s。日本N．Cond0等人研制的黃瓜采摘機器人為六自由度，利用黃瓜和莖葉的反射率差異來(lái)區分黃瓜，采摘速度約為4個(gè)／mln。日本Kyoto大學(xué)研制的西瓜采摘機器人為五個(gè)自由度，配有視覺(jué)攝像頭和行走裝置，活動(dòng)空間大。美國研制的甜瓜采摘機器人使用三個(gè)伺服電機驅動(dòng)機械手，實(shí)現三自由度運動(dòng)。韓國Kyungpook大學(xué)研制的蘋(píng)果采摘機器人具有最高達3m的機械手，可進(jìn)行四自由度運動(dòng)，末端執行器采用三指夾持的方式，輔助壓力傳感器避免損傷蘋(píng)果，識別率達到85％，采摘速度為7個(gè)／s。應用于溫室蔬菜和水果生產(chǎn)的機器人采用視覺(jué)識別模式來(lái)確定果實(shí)的位置并調整機械手的位置，由于光線(xiàn)和葉面的遮擋，準確率受到很大影響，因此，相關(guān)的算法還需要不斷優(yōu)化，以滿(mǎn)足設施生產(chǎn)的環(huán)境要求和生產(chǎn)準確度。
七、鮮花機器人
利用仿形技術(shù)開(kāi)發(fā)的機器人除了具備完美的外觀(guān)之外，其智能控制技術(shù)的集成應用可以代替人來(lái)控制室內環(huán)境，并且能夠實(shí)現環(huán)境的精確控制。韓國國立全南大學(xué)研制的鮮花機器人外形模仿普通開(kāi)花植物，機器人高度為130cm，最大直徑40cm，而且能夠自動(dòng)分析室內空氣的質(zhì)量根據程序設定對空氣進(jìn)行加濕處理、釋放氧氣，還能釋放空氣清新劑的香味。該機器人充分的仿生功能使其還能夠生長(cháng)和開(kāi)花。該鮮花機器人可以將花朵朝向說(shuō)話(huà)的人的方向，也可以根據音樂(lè )的節奏開(kāi)合花瓣。
休閑和科普功能也是設施農業(yè)的一個(gè)重要組成方面，仿形機器人的外形具有很好的親和力，因此，在設施農業(yè)發(fā)展過(guò)程中將會(huì )扮演重要的角色。
溫室園藝生產(chǎn)依托的高效率、高投入、高產(chǎn)出的管理模式要求應用大量的高新技術(shù)，機器人技術(shù)在該領(lǐng)域的應用是國內外研究和應用的熱點(diǎn)。真正意義上的機器人、半自動(dòng)農業(yè)機械在界限上沒(méi)有嚴格的區分，但是完全代替人或者大部分代替人從事繁重體力勞動(dòng)，通過(guò)自動(dòng)識別農作物和自動(dòng)調整姿態(tài)實(shí)現無(wú)人操作的智能農業(yè)機械都可以歸入農業(yè)機器人的范疇。溫室園藝生產(chǎn)的高投入高產(chǎn)出的特點(diǎn)決定農業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展前沿將集中在該領(lǐng)域。因此，在溫室園藝環(huán)境下，在生產(chǎn)和應用思想指導下，通過(guò)大量實(shí)際環(huán)境測試和研究的圖像識別算法、姿態(tài)控制算法、機械末端執行器，將是溫室園藝機器人發(fā)展的重點(diǎn)。由于農田環(huán)境的多變性和對象復雜性，生產(chǎn)對象不如工業(yè)品那樣單一和標準，因此農業(yè)機器人相比工業(yè)機器人面臨更多的技術(shù)障礙。溫室園藝的生產(chǎn)環(huán)境相比大田環(huán)境在光線(xiàn)、風(fēng)速、溫度等氣象條件方面相對較穩定，而且產(chǎn)品附加值較高，反季節也可生產(chǎn)，因此未來(lái)的機器人技術(shù)在溫室園藝生產(chǎn)上的應用有廣闊的發(fā)展空間。
本文來(lái)源：農業(yè)種植網(wǎng)
由于設施生產(chǎn)是在全封閉的設施內周年生產(chǎn)園藝作物的高度自動(dòng)化控制的生產(chǎn)體系，可以最大限度地規避外界不良環(huán)境影響，具有技術(shù)密集型的特點(diǎn)，而溫室園藝機器人能夠滿(mǎn)足這種精細管理和精準控制的需求，并且能夠解決溫室園藝生產(chǎn)的勞動(dòng)密集和時(shí)令性較強的瓶頸問(wèn)題，大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善設施生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境，避免溫室密閉環(huán)境施藥施肥對人體的危害，保證作業(yè)的一致性和均一性等。王樹(shù)才(2005)指出，目前全世界已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了耕耘機器人、移栽機器人、施肥機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、蔬菜水果采摘機器人、苗盤(pán)播種機器人、苗盤(pán)覆土消毒機器人等相對比較成熟的可用于設施園藝生產(chǎn)的農業(yè)機器人。機器人技術(shù)尤其以日本最為代表性，日本作為最早研究機器人的國家之一，由于其老齡化提前到來(lái)引發(fā)勞動(dòng)力缺乏以及人力成本高等問(wèn)題，從20世紀70年代開(kāi)始，日本的工業(yè)機器人開(kāi)始快速發(fā)展，在經(jīng)過(guò)對汽車(chē)焊接、汽車(chē)噴漆等工業(yè)領(lǐng)域的成功應用之后，日本的農業(yè)機器人也開(kāi)始不斷取得進(jìn)展。佟玲(1995)指出，日本在20世紀末已經(jīng)在技術(shù)密集型的設施園藝領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了多種生產(chǎn)機器人，如嫁接機器人、扦插機器人和采摘機器人等。荷蘭花卉生產(chǎn)非常發(fā)達，溫室園藝產(chǎn)業(yè)具有高度工業(yè)化的特征，每年花卉產(chǎn)業(yè)可創(chuàng )造50億歐元的價(jià)值。由于溫室園藝產(chǎn)品生產(chǎn)擺脫了土地約束和天氣影響，可以實(shí)現按工業(yè)方式進(jìn)行生產(chǎn)和管理，其種植過(guò)程可以安排特定的生產(chǎn)節拍和生產(chǎn)周期，產(chǎn)后包裝、銷(xiāo)售也能夠做到與工業(yè)生產(chǎn)如出一轍。因此，荷蘭的機器人技術(shù)得到快速發(fā)展。很多溫室使用機器人實(shí)現不分白晝的連續工作，極大地降低了勞動(dòng)成本。周增產(chǎn)(2001)即介紹了荷蘭農業(yè)環(huán)境工程研究所開(kāi)發(fā)的黃瓜采摘機器人，它能夠快速到達初步作業(yè)位置，視覺(jué)系統能夠探測到黃瓜果實(shí)的精確位置及成熟度，末梢執行器可以抓取黃瓜果實(shí)并將果實(shí)從莖稈上分離。由于溫室園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要以及對高精尖溫室園藝環(huán)境控制機器人的需求，這一領(lǐng)域得到快速發(fā)展。
一、種植機器人
標準模塊化機器人的理念在設施園藝生產(chǎn)領(lǐng)域的應用能夠給農業(yè)注入巨大的活力。以色列海法市一所大學(xué)的研究人員研制的種植機器人選擇可用來(lái)運輸的集裝箱作為作物生長(cháng)環(huán)境，選用營(yíng)養液栽培法來(lái)種植蔬菜及其他農作物。這種方法的主要原理是：以水取代土壤作為植物的苗床。每只集裝箱內從播種、澆水直至收獲均由機器人系統操作，箱內的溫度、濕度、光線(xiàn)等，均由機器人細心控制，使農作物一年每一個(gè)生長(cháng)時(shí)刻都得到精心的管理。經(jīng)過(guò)試驗，一個(gè)運輸集裝箱平均每天可生產(chǎn)的蔬菜比同樣面積的普通農田的產(chǎn)量要高出數百倍。這種基于標準模塊組裝的機器人具備大規模應用的廣闊前景，規?；瘽摿薮?。
二、工廠(chǎng)化育苗機器人
設施生產(chǎn)工廠(chǎng)化育苗精準作業(yè)育苗機器人是專(zhuān)門(mén)針對西甜瓜等需要專(zhuān)門(mén)育苗的作物播種、噴藥的生產(chǎn)需求的。該系統能流水線(xiàn)式作業(yè)，自動(dòng)完成大規模苗盤(pán)播種時(shí)的自動(dòng)上土、精量播種、對靶噴藥消毒殺菌等三個(gè)環(huán)節，一條生產(chǎn)流水線(xiàn)可實(shí)現整個(gè)環(huán)節全部自動(dòng)化，封閉式作業(yè)、流水線(xiàn)工序，是設施生產(chǎn)瓜果、蔬菜、花卉等工廠(chǎng)化育苗的關(guān)鍵設備之一。該系統全部采用自動(dòng)化作業(yè)，真空吸種，自動(dòng)輸送，不銹鋼機架結構造型美觀(guān)，不同的精；隹作業(yè)模塊采用組合設計，綜合集成了氣、液、電、光等技術(shù)成果，采用程序全自動(dòng)控制?？商岣卟シN的精度，消除土壤病蟲(chóng)害，減輕勞動(dòng)者勞動(dòng)強度。噴藥時(shí)采用封閉環(huán)境，減少?lài)娝庍^(guò)程中農藥對人體的危害，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。該系統能實(shí)現快速流水線(xiàn)作業(yè)，是現代設施生產(chǎn)的關(guān)鍵設備。該設備非常適合現代農業(yè)園區使用，有很好的示范效果。
工作流程為：苗盤(pán)首先被傳送帶送到送土位置，完成自動(dòng)裝土工序，然后自動(dòng)到達播種位置，由傳感器檢測到苗盤(pán)準確位置后，發(fā)出信號，自動(dòng)精量播種機采用真空氣吸技術(shù)，將種子吸附在播種器上放種。播種器可完成并排多個(gè)播種穴的同時(shí)放種，并且可以精確地自動(dòng)控制每個(gè)穴中播種的數量。播種完后，到達噴藥位置，系統可自行完成自動(dòng)農藥對靶噴灑，能有效地節省農藥并精確定位殺死病菌和害蟲(chóng)。例如，西甜瓜基地實(shí)現播種育苗可以有效為周邊農戶(hù)和企業(yè)提供育苗作業(yè)，具有良好的示范展示作用，為目前國際設施生產(chǎn)地主要發(fā)展方向，對于推動(dòng)溫室自動(dòng)化精準育苗流水線(xiàn)作業(yè)具有重要意義。
三、移栽機器人
一般，移栽作業(yè)需要大量手工勞動(dòng)才能完成，為了解決上述難題，開(kāi)發(fā)了移栽機器人，它能夠代替人工，高效率地進(jìn)行移苗工作。王樹(shù)才(2005)介紹了臺灣KC．Yang等研制的移栽機器人，該設備能把幼苗從600穴的育苗盤(pán)中移植到480穴的苗盤(pán)中，這種自動(dòng)化的作業(yè)方式能極大地減輕工人的勞動(dòng)強度。該機器人本體由四自由度工業(yè)機器人和SNS夾持器組成，在工作的過(guò)程中，依靠系統的視覺(jué)傳感器和力度傳感器，能夠做到夾持秧苗而不會(huì )對其造成損傷。在秧苗緊挨作業(yè)時(shí)，每個(gè)苗的時(shí)間約3s。這樣的工作效率是熟練工人的2倍～4倍，而且不會(huì )因為工作單一枯燥和長(cháng)時(shí)間勞動(dòng)而降低工作質(zhì)量。因此，該設備非常合適現代溫室園藝的生產(chǎn)過(guò)程中的移栽作業(yè)。另外，該工作過(guò)程可通過(guò)計算機控制，實(shí)現自動(dòng)化的標準苗分選，保證種苗的質(zhì)量，該分選可通過(guò)專(zhuān)門(mén)的標準苗分選機器人進(jìn)行(見(jiàn)圖1)。這種機器人作業(yè)的模式可以有效解決人為因素導致的種苗分選質(zhì)量不穩定的問(wèn)題。
四、嫁接機器人
溫室生產(chǎn)中廣泛應用的嫁接技術(shù)能有效提高產(chǎn)量、增加作物抗病蟲(chóng)害的能力，因此越來(lái)越多地得到應用。為了解決嫁接過(guò)程中勞動(dòng)強度大的問(wèn)題，機器人技術(shù)較早被引入這個(gè)領(lǐng)域。日本對嫁接機器人的研究起步較早。嫁接的對象包括黃瓜、西瓜、番茄等。這種經(jīng)過(guò)嫁接的蔬菜水果更能適應溫室環(huán)境并明顯地提高產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)。機器人利用圖像探頭采集視頻信息并利用計算機圖像處理技術(shù)，實(shí)現嫁接苗葉的識別、判斷、糾錯等。然后，機器人完成砧木、接穗的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接全過(guò)程的自動(dòng)化作業(yè)。全自動(dòng)的機器人可以同時(shí)將砧木和接穗的苗盤(pán)通過(guò)傳送帶送入機器中，機器人可自動(dòng)完成整個(gè)苗盤(pán)的整排嫁接作業(yè)，工作效率極高。半自動(dòng)的機器人通過(guò)人工輔助，在嫁接過(guò)程中，工人把砧木和接穗放在相應的供苗臺上，系統就可以自動(dòng)完成其余的勞動(dòng)作業(yè)。
五、農藥噴灑機器人
不合理的使用農藥極容易導致人員中毒，全國每年因為施藥機械落后導致中毒的事件有8萬(wàn)人之多。由于施藥技術(shù)直接關(guān)系工人的身體安全健康，并關(guān)系到對空氣和地下水的危害程度，所以，國外發(fā)達國家一直在高效施藥技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展著(zhù)大量研究工作。機器人技術(shù)是根據設施生產(chǎn)中殺菌和病蟲(chóng)害防治的要求，結合現有的高精尖科技成果，應用光機電一體化技術(shù)、自動(dòng)化控制等技術(shù)在施藥過(guò)程中按照實(shí)際的需要噴灑農藥，做到定量、定點(diǎn)，實(shí)現噴藥作業(yè)的人工智能化，做到對靶噴藥，計算機智能決策，保證噴灑的藥液用量最少和最大程度附著(zhù)在作物葉面，減少地面殘留和空氣中懸浮漂移的霧滴顆粒。日本為了改善噴藥工人的勞動(dòng)條件開(kāi)發(fā)了針對果園的噴藥機器人，機器人利用感應電纜導航，實(shí)現無(wú)人駕駛，利用速度傳感器和方向傳感器判斷轉彎或直行，實(shí)現轉彎時(shí)不噴藥。美國開(kāi)發(fā)的一款溫室黃瓜噴藥機器人利用雙管狀軌道行走，通過(guò)計算機圖像處理判斷作物位置實(shí)現對靶噴藥。周恩浩(2008)對溫室噴藥機器人的導航問(wèn)題提出了一套視覺(jué)方案，并對此進(jìn)行了理論探討，導航和定位涉及到人工智能的運算算法，是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題。溫室噴藥機器人Ehu采用輪式方式行走，可利用輔助標志自動(dòng)識別道路，噴藥機器人采用循跡方式自走作業(yè)，采用超聲波技術(shù)和光電技術(shù)定位作物，可以實(shí)現姿態(tài)的靈活調整，非常適合在溫室的光線(xiàn)下進(jìn)行圖像識別(見(jiàn)圖3)。姿態(tài)校正速度明顯高于攝像頭導航的機器人，基本不會(huì )偏離作業(yè)路徑，可實(shí)現持續噴霧作業(yè)。
六、采摘機器人
目前國內外研究和投入應用的采摘機器人作業(yè)對象基本集中在黃瓜、番茄等蔬菜，西瓜、甜瓜等瓜類(lèi)，以及溫室內種植的蘑菇等勞動(dòng)密集的作物。以色列YaelEdan(1995)介紹了用于水果采摘的準確率可達85％的可自行定位和收獲的機器人。英國西爾索研究所研制了蘑菇采摘機器人，它可自動(dòng)測量蘑菇的位置、大小，并且根據設定值選擇成熟的蘑菇進(jìn)行采摘，機械手由兩個(gè)氣動(dòng)關(guān)節和一個(gè)旋轉關(guān)節組成，采用頂置攝像頭來(lái)確定位置和大小，采蘑菇速度為6個(gè)／s～7個(gè)／s。日本N．Cond0等人研制的黃瓜采摘機器人為六自由度，利用黃瓜和莖葉的反射率差異來(lái)區分黃瓜，采摘速度約為4個(gè)／mln。日本Kyoto大學(xué)研制的西瓜采摘機器人為五個(gè)自由度，配有視覺(jué)攝像頭和行走裝置，活動(dòng)空間大。美國研制的甜瓜采摘機器人使用三個(gè)伺服電機驅動(dòng)機械手，實(shí)現三自由度運動(dòng)。韓國Kyungpook大學(xué)研制的蘋(píng)果采摘機器人具有最高達3m的機械手，可進(jìn)行四自由度運動(dòng)，末端執行器采用三指夾持的方式，輔助壓力傳感器避免損傷蘋(píng)果，識別率達到85％，采摘速度為7個(gè)／s。應用于溫室蔬菜和水果生產(chǎn)的機器人采用視覺(jué)識別模式來(lái)確定果實(shí)的位置并調整機械手的位置，由于光線(xiàn)和葉面的遮擋，準確率受到很大影響，因此，相關(guān)的算法還需要不斷優(yōu)化，以滿(mǎn)足設施生產(chǎn)的環(huán)境要求和生產(chǎn)準確度。
七、鮮花機器人
利用仿形技術(shù)開(kāi)發(fā)的機器人除了具備完美的外觀(guān)之外，其智能控制技術(shù)的集成應用可以代替人來(lái)控制室內環(huán)境，并且能夠實(shí)現環(huán)境的精確控制。韓國國立全南大學(xué)研制的鮮花機器人外形模仿普通開(kāi)花植物，機器人高度為130cm，最大直徑40cm，而且能夠自動(dòng)分析室內空氣的質(zhì)量根據程序設定對空氣進(jìn)行加濕處理、釋放氧氣，還能釋放空氣清新劑的香味。該機器人充分的仿生功能使其還能夠生長(cháng)和開(kāi)花。該鮮花機器人可以將花朵朝向說(shuō)話(huà)的人的方向，也可以根據音樂(lè )的節奏開(kāi)合花瓣。
休閑和科普功能也是設施農業(yè)的一個(gè)重要組成方面，仿形機器人的外形具有很好的親和力，因此，在設施農業(yè)發(fā)展過(guò)程中將會(huì )扮演重要的角色。
溫室園藝生產(chǎn)依托的高效率、高投入、高產(chǎn)出的管理模式要求應用大量的高新技術(shù)，機器人技術(shù)在該領(lǐng)域的應用是國內外研究和應用的熱點(diǎn)。真正意義上的機器人、半自動(dòng)農業(yè)機械在界限上沒(méi)有嚴格的區分，但是完全代替人或者大部分代替人從事繁重體力勞動(dòng)，通過(guò)自動(dòng)識別農作物和自動(dòng)調整姿態(tài)實(shí)現無(wú)人操作的智能農業(yè)機械都可以歸入農業(yè)機器人的范疇。溫室園藝生產(chǎn)的高投入高產(chǎn)出的特點(diǎn)決定農業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展前沿將集中在該領(lǐng)域。因此，在溫室園藝環(huán)境下，在生產(chǎn)和應用思想指導下，通過(guò)大量實(shí)際環(huán)境測試和研究的圖像識別算法、姿態(tài)控制算法、機械末端執行器，將是溫室園藝機器人發(fā)展的重點(diǎn)。由于農田環(huán)境的多變性和對象復雜性，生產(chǎn)對象不如工業(yè)品那樣單一和標準，因此農業(yè)機器人相比工業(yè)機器人面臨更多的技術(shù)障礙。溫室園藝的生產(chǎn)環(huán)境相比大田環(huán)境在光線(xiàn)、風(fēng)速、溫度等氣象條件方面相對較穩定，而且產(chǎn)品附加值較高，反季節也可生產(chǎn)，因此未來(lái)的機器人技術(shù)在溫室園藝生產(chǎn)上的應用有廣闊的發(fā)展空間。
本文來(lái)源：農業(yè)種植網(wǎng)
農先鋒網(wǎng)聲明：凡資訊來(lái)源注明為其他媒體來(lái)源的信息，均為轉載自其他媒體，并不代表本網(wǎng)站贊同其觀(guān)點(diǎn)，也不代表本網(wǎng)站對其真實(shí)性負責。您若對該文章內容有任何疑問(wèn)或質(zhì)疑，請立即與網(wǎng)站(m.08wjj.com)聯(lián)系，本網(wǎng)站將迅速給您回應并做處理。
聯(lián)系郵箱:3267146135@qq.com
聯(lián)系郵箱:3267146135@qq.com
