本文包括農業機械與信息技術的發展、果蔬采摘機器人的設計、自動導航與測控技術的應用、天然橡膠割膠機器人、白蘆筍收獲機器人、畜禽舍防疫消毒機器人、輪式谷物聯合收割機、中國智能農機裝備標準體系、油電混合果園自動導航車控制器硬件的設計與應用。供您閱讀和參考。
專題-農業機器人與智能裝備
主題-農業機器人和智能設備
陳雪庚，文浩軍，張，潘佛初，趙巖。農業機械與信息技術融合的發展現狀及方向[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 1-16。
陳學耕、文浩軍、張、潘佛初、。農業機械與傳感技術融合的進展與進展[J].智慧農業，2020，2(4): 1-16。
為了理清國內外農業機械與信息技術融合發展的現狀，找到重點發展方向，大力推進我國農業機械的智能化發展，本文首先分析了國外農業機械與信息技術融合發展的現狀，並總結了其五大特點。之後指出，雖然我國農業機械化發展取得了顯著成效，但仍存在農機信息化壹體化區域和結構發展不平衡、企業和農民對農機信息化認可度不高、基礎研究和關鍵技術研究薄弱、農機作業信息系統管理水平低、缺乏統壹標準等問題。最後提出了我國農業機械與信息技術融合的發展方向，包括推動智能傳感技術和導航技術研究的發展，促進農業機械裝備的智能化，建設農業機械智能作業系統，推動農業機械自主作業技術研究和無人農場建設，加強農業機械信息化技術標準的制定和復合型人才的培養。農業機械與信息技術的融合是我國現代農業機械發展的必然趨勢。利用信息技術推動農業機械發展，可以最大限度地發揮信息技術的引導作用，提高農業生產效率，對促進我國農業機械優質高效發展具有重要意義。
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吳康橋，範，龔亮，，周強，。果蔬采摘機器人系統設計與控制技術的研究現狀及發展趨勢[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 17-40。
、範、龔亮、、周強、。果蔬采摘機器人系統設計與控制技術的研究現狀及發展方向[J].智慧農業，2020，2(4): 17-40。
新鮮果蔬采收是壹個難以實現機械化作業的生產環節，高效低損耗采摘也是農業機器人研發領域的壹個難題，導致市場上幾乎沒有自動化果蔬采摘設備的生產和應用。針對采摘新鮮果蔬的需求，為了解決人工采摘費時、費力、效率低、自動化程度低等問題，近30年來國內外學者設計了壹系列自動采摘設備，推動了農業機器人技術的發展。在開發新鮮果蔬采摘設備時，首先要確定采摘對象和采摘場景。根據農作物的生長位置、形狀和重量，場景的復雜程度和要求的自動化程度，通過復雜性估計、機械特性分析和姿態建模，明確農業機器人的設計要求。其次，作為整個采摘動作的核心執行器，采摘機器人末端執行器的設計尤為重要。本文對采摘機器人末端執行器的結構進行了分類，總結了末端執行器的設計流程和方法，闡述了末端執行器的常用驅動方式和切割方案，總結了果實采集機構。再次，本文總結了采摘機器人的總體控制方案、識別定位方法、避障方法和自適應控制方案、質量分級方法、人機交互和多機協作方案。為了從整體上評價采摘機器人的性能，本文還提出了平均采摘效率、長期采摘效率、采摘質量、破損率和漏檢率。最後，展望了自動采摘機械的整體發展趨勢，指出采摘機器人手系統將向采摘目標場景通用化、結構形式多樣化、全自動化、智能化和集群化方向發展。
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、李紅文、何進、王慶傑、陸、陳立平。自動導航與測控技術在保護性耕作中的應用現狀及展望[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 41-55。
、李紅文、何進、王慶傑、陸、。自動導航與測量技術在保護性耕作中的應用現狀與展望[J].智慧農業，2020，2(4): 41-55。
實現智能化是提高保護性耕作機具工作質量和效率的重要途徑。作為智能技術的重要組成部分，自動導航和測控技術在保護性耕作中的應用近年來發展迅速。本文首先從接觸式、機器視覺和GNSS三種自動導航技術闡述了自動導航技術在保護性耕作中的應用現狀。詳細介紹了作業參數監測技術的發展趨勢，包括地表稭稈覆蓋度快速檢測技術、免耕播種機播種參數監測技術和保護性耕作機械作業區域監測技術。然後，闡述了保護性耕作機具作業控制技術的發展現狀，重點介紹了免耕播種機漏播補償控制技術和作業深度控制技術。最後，在總結現有自動導航和測控技術在保護性耕作中應用的基礎上，展望了未來保護性耕作機具自動導航技術、作業參數監測技術和作業控制技術的研究方向。
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周航、張順祿、翟壹浩、王松、張春龍、張俊雄、李偉。天然橡膠割膠機器人視覺伺服控制方法及割膠實驗[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 56-64。
周航、張順祿、翟壹浩、王松、張春龍、張俊雄、李偉。天然橡膠割膠機器人視覺伺服控制方法及割膠實驗[J].智慧農業，2020，2(4): 56-64。
自動割膠不僅可以將橡膠工人從繁重的體力勞動和惡劣的工作環境中解放出來，還可以減少他們對橡膠工人的技術依賴，大大提高生產效率。在非結構化環境下實現操作信息的自主獲取和攻絲位置的伺服控制是攻絲機器人的關鍵技術。針對工作環境復雜多變、作業信息重疊交互、目標背景特征相似、作業精度要求亞毫米等技術難點，本研究以人工橡膠林中的橡膠樹為割膠對象，研制割膠機器人，通過建立割膠軌跡的空間數學模型，規劃機器人的運動路徑，快速接近和遠離作業空間。利用雙目立體視覺技術獲取樹幹和割線的結構參數，綜合機器人運動學、機器視覺技術和多傳感器反饋控制技術，研制出攻絲機器人模塊化樣機。割膠機器人主要由軌道機器人移動平臺、多關節機械手、雙目立體視覺系統和末端執行器組成。海南天然橡膠林割膠試驗結果表明，割膠機器人切割厚度為65438±0mm的橡膠皮時，皮耗誤差約為0.28 mm，切割深度誤差約為0.49 mm。
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李陽，張平，金苑，劉雪梅。白蘆筍收獲機器人視覺定位及收獲路徑優化方法[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 65-78。
李陽，張平，金苑，劉雪梅。白蘆筍收獲機器人的視覺定位與收獲路徑優化[J].農業科學，2002 .智慧農業，2020，2(4): 65-78。
摘要:根據竹筍出土狀態進行選擇性采收是目前公認的白蘆筍最佳采收方式。為了解決機器視覺識別過程中竹筍尖紋理和顏色與脊線表面相似的問題，提出了壹種變尺度感興趣區域檢測方法，結合圖像色域變換、直方圖平均、形態學和紋理濾波，研究竹筍尖識別和精確定位的方法。在定位多個芽尖坐標的基礎上，提出了多個芽尖采收路徑的優化方法，解決了采收路徑不合理導致采收效率低的問題。首先通過機器人視覺系統實時采集收割區域的圖像，並進行RGB三通道高斯濾波。采用HSV色域變換，進行直方圖平均。在此基礎上，對竹筍和土壤的特征進行聚類，並根據竹筍的程度研究了變尺度ROI檢測方法。對采集圖像中的竹筍形態和竹筍與土壤的紋理進行統計分析，並設定竹筍的類圓度閾值。參照紋理特征參數，確定竹筍的位置，計算其幾何中心，得到竹筍輪廓的中心坐標。其次，為了實現白蘆筍的高效收獲，根據多目標點和頭點的位置分布，設計了壹種基於多叉樹遍歷的收獲路徑優化算法，以獲得多目標竹筍的最優收獲路徑。最後，搭建了采摘機器人實驗平臺，進行了筍尖定位和采摘的驗證試驗。結果表明，視覺系統對白蘆筍的識別率可達98.04%，竹筍尖輪廓中心坐標的最大定位誤差在X方向為0.879 mm，在Y方向為0.882 mm。在不同條件下，末端執行器的移動距離平均可以節省43.89%，末端執行器的定位成功率可以達到100%，在實驗室環境下白蘆筍的回收率可以達到88.00%。
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馮慶春、王繡、邱泉、張春鋒、李斌、徐瑞峰、陳立平。畜禽舍防疫消毒機器人的設計與實驗[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 79-88。
馮、、邱泉、、、徐瑞峰、。畜禽舍消毒機器人的設計與試驗[J].智慧農業，2020，2(4): 79-88。
針對畜禽養殖防疫消毒勞動強度大、安全性差的問題，設計了防疫消毒機器人系統，實現了畜禽舍防疫消毒噴霧的智能化操作。機器人系統由移動平臺、防疫噴霧組件、環境監測傳感器和控制器四部分組成，支持全自動操作和遙控操作兩種工作模式。針對畜禽舍弱光、低應激的工作條件，提出壹種“磁標記和射頻識別”相結合的導航路徑檢測方法，實現畜禽舍內養殖籠間的自主移動。設計了壹種風助藥液噴嘴，可同時實現消毒藥液的霧化和擴散。通過對噴嘴腔內風場的流體力學模擬，優化了噴嘴氣體導流和藥液霧化部分的結構參數，確定錐形導流墊和霧化網格的傾角分別為75°和90°。最後，在雞舍內對機器人導航和噴灑性能進行了測試。實驗結果表明，機器人移動平臺在0.1~0.5 m/s的速度範圍內能夠滿足自動巡線導航，其實際軌跡與磁釘標記的最大偏差為50.8mm；；該風動噴嘴適用於噴射流量為200~400毫升/分鐘的藥液。液滴直徑(DV.9)為51.82~137.23微米，液滴沈積密度為116~149 /cm2。畜禽舍防疫消毒機器人可以實現養殖舍內消毒和免疫藥液的智能噴灑。
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丁有春，王，，彭靜雅，夏中洲。輪式谷物聯合收割機視覺導航系統的設計與試驗[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 89-102。
丁有春、王、彭、夏中州。輪式谷物聯合收割機視覺導航系統[J].智慧農業，2020，2(4): 89-102。
為了提高聯合收割機的收獲質量和效率，構建了輪式谷物聯合收割機視覺導航控制系統，並利用OpenCV設計了谷物收獲邊界直線檢測算法，用於識別稻田收獲區和未收獲區的邊界。經過預處理、二次邊緣分割和直線檢測，獲得聯合收割機前視目標路徑，根據前視路徑的相對位置信息進行田間動態標定，獲得聯合收割機全幅收割狀態。提出了壹種基於前視點的直線路徑跟蹤控制方法。通過預矯正控制，可以保持全切割寬度，防止作物漏割。將相對位置偏差值和實時方向盤角度作為視覺導航控制器的輸入，根據校正策略相應輸出方向盤控制電壓。稻田試驗結果表明，該導航系統實現了輪式聯合收割機在田間相對位置和姿態的可靠獲取以及目標直線路徑跟蹤控制的穩定實施。在野外光照符合人眼正常工作的條件下，harvest邊界識別算法檢測準確率不低於96.28%，單幀檢測時間小於50m s；在不漏割的前提下，視覺導航的平均切割率為94.16%，並且隨著線數的增加，切割的壹致性在提高。該研究可為聯合收割機自動導航全割作業提供技術支持。
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[8]，梁雪秀，，，梅，，陸編。對我國智能農業機械裝備標準體系框架建設與發展的建議[J].智慧農業(中英文)，2020，2 (4): 116-123。
、梁雪秀、、梅、呂。中國智能農業機械標準體系框架的構建[J].智慧農業，2020，2(4): 116-123。
針對我國智能農業機械裝備標準化缺乏系統的標準體系指導，構建了我國智能農業機械裝備標準體系框架。首先，從標準體系、具體標準和國際化水平等方面分析了我國智能農機裝備標準化的現狀和存在的問題。基於構建智能農業機械裝備標準體系框架的目標和原則，總結了標準體系框架的層次、約束力、普遍性、性質、對象、標準類別、參考模型、行業分類和行業環節等維度。然後，利用層次、類別和產業環節構建了中國智能農機裝備標準體系的三維框架結構，並將其分解為基礎層、* *通用層和應用領域層。最後，對我國智能農機裝備標準的研究和編制提出了建議。該研究可為我國智能農業機械裝備標準的制定、修訂、實施和服務提供系統指導，引領我國智能農業機械裝備產業快速發展。
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吳，吳康橋，，李，甘淩，龔亮，。油電混合果園自動導航車控制器半實物仿真平臺的設計與應用[J].智慧農業(中英文)，2020，2(4): 149-164。
吳、、、李、甘淩、龔亮、。混合果園AGV控制器硬件在環仿真平臺的設計與應用[J].智慧農業，2020，2(4): 149-164。
果園面積廣、地形復雜、壕溝多、雜草叢生、土壤水分高、土質疏松，對AGV的機械結構、控制系統和能源動力系統設計提出了更高的標準和要求。混合動力AGV小車可以滿足果園長距離移動的需要。為了探索適合混合AGV控制系統的算法和能量管理策略，減少設計過程中控制器設計驗證叠代帶來的人力、物力和時間成本以及果園復雜地形帶來的需求多樣化，根據果園面積廣的特點，選擇串聯混合電力系統構建AGV電力能量系統模型。此外，根據果園AGV需要適應大範圍地形的特點，采用履帶車輛模型結構，利用半實物仿真技術，以樹莓派為控制系統承載控制算法，利用Matlab和RecurDyn軟件建立包括能源動力系統、電機驅動系統、履帶車輛行駛部分模型和路面模型在內的系統實時仿真模型，最終實現串聯混合動力AGV控制器的半實物仿真功能。基於串級比例積分微分(PID)和模糊控制器控制算法的仿真結果表明，模糊控制器控制算法可以減少參數調整帶來的時間開銷，轉向角較小時響應速度加快50%，轉向角較大時串級PID控制器產生10%超調，而模糊控制器無超調，轉向更加平穩。結果表明，硬件在環仿真平臺可有效應用於果園AGV控制器的開發，避免了控制物理試驗，在降低成本的同時加快了果園自動導航車的開發進程。
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