机器人概论论文

1、机器人从事农业生产的可能与必要性摘 要农业机器人是农业机械的高等类型，在降低农民劳动强度、改善农民劳动环境和提高作业效率等方面具有重要意义。本文通过国外的一些案例分析，讨论了农业机器人的优势与可能性，在此基础上，对农业机器人的发展趋势做出预测，旨在为以后的研究提供理论参考。关键词：机器人 农业 机械 趋势 发展现状 Orange Groves Wireless Signal Transmission Researchxxx(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)A

2、bstract: Agricultural robot is the type of agricultural machinery and is of great significance in reducing farmers labor intensity and improve the working environment and operational efficiency and so on. This article analyzes some cases abroad, to discuss the advantages and possibilities of agricul

3、tural robots . On this basis, I made a prediction of the development trend of agricultural robot , in order to provide theoretical reference for future research.Key words: agricultural robot current situation tendency intelligentize1 前言我国自古以来就是农业大国，肩负着养活十三亿人口的重担，以农为本的思想根深蒂固。但一直以来都由于科技水平的发展跟不上时代步伐而只能

4、进行粗放型农业生产，农业生产效率一直很低。更糟糕的是，有研究指出，到2050年，全世界的粮食需求还会倍增。对农民来说，在向土地榨取更多收成的同时，他们还必须减少农耕对于环境的破坏。这一切的一切，都说明我们应当重新思考农耕的方式，并且要将自动化提升到全新的水平。2 机器人代替人从事农业生产的优势在新型的模范农场里，精确将是关键。如果能将化学物质准确地喷洒到需要的作物上去，那何苦还要在整块土地上施药呢？在将来，每一株作物都能得到恰好的投入，不多也不少，这样非但能削减化学物品的使用，还能取得更好的收成。但是这说说容易，做起来就难了：欧洲和美国的那些大农场往往有数千公顷之巨，要对它们进行精确耕种，自动

5、化就成了关键。具体来说，农业工程师指出，要精确耕作，就得由机器人充当农民。或许用不了多久，农业机器人就能认出一株株秧苗，并且用酌量的化肥和水滴来催促它们生长。另一些机器则会识别出杂草，然后用一小滴除草剂、一把喷火枪、或者一束高能激光来将它们铲除。不仅如此，这些机器还能认出各种成熟的蔬菜，并且收割下来。机器人还会给其他方面带来剧变，比如在农业工种上、在我们耕作的方式上、在土壤和土壤质量上，以及在农耕中投入的能量和碳含量上。它们能够降低污染，减少水的使用。不过对普通人来说，最显著的或许还是耕地外观的变化。有了机器人的参与，庄稼就可以在精心划分的小型农田里种植，果园里则会长满一列列二维形状的树木。不

6、仅如此，机器农民甚至可能对端上餐桌的果蔬种类造成影响。一个多世纪以来的机械化进程，已经将世界大多数地方的农业改造成了具有工业规模的活动，其中出产谷物的农场是机械化程度最高的。另外一些作物，比如用来制作加工食品的橘子和西红柿，也已经由机器来采摘了。在数以千计的奶牛场里，奶牛也已经改由机器人来挤奶。这类产品在进入你家附近的商场之前，没有一样是经过人手染指的。 3 下一代的自动化农业机器图1 智能化的很像拖拉机的农业机器已经在田野中忙碌起来。图片来源：新科学家下一代的自动化农业机器也已经在田野中忙碌开来，这些机器人都扮成了拖拉机的样子。今天的这些“拖拉机”，有许多都是自动驾驶的，它们依靠GPS导航穿

7、过田野，还能对自己的零件“说话”。而这些零件，比如一把犁、一只喷雾器等，也能向拖拉机“回话”。未来，不同的农业机器人之间应该可以实现“对话”，比如一部除草机就能告诉拖拉机你开得太快了或者向左开。这类系统正在成为标准配置。不同的农业机车之间也在开始彼此对话。美国约翰迪尔公司2012年出售的一种复合收割机，就能和牵引式挂车联系，并且提醒司机装载谷物。德国的芬特公司（Fendt）也研制出了成对作业的拖拉机，其中的一台由人工操作，另一台自动驾驶，在边上模仿第一台的动作。这套系统可以有效地将农民在田野中的劳作时间减半而这还仅仅是开始。不过话说回来，等到充分自动化的系统开进农田时，它们就不会再是拖拉机的样

8、子了。今天的农业机器个头和重量皆大，因此有一个重大的缺陷：它们会压紧土壤，减少孔隙，杀死有益的生物。这样一来，作物就无法茁壮生长。压紧的土壤还会增加雨水侵蚀。“我们为什么要犁地松土？主要就是为了修补大型拖拉机造成的破坏，”布莱克摩尔指出，“投入耕作的能量中，居然有8成是用来修补破坏的。这样的种地方法肯定要改。”他相信，启用成队的轻型自动机器人有望解决这个问题。他还指出，用精确取代蛮力是其中的关键。“一粒种子只要一平方厘米的土地就能生长，我们只要在那块土地上投入一小股能量，作物就能长得很好了。”有了这样的轻型机器人，犁地就再也没有必要了，由此可以大大降低能耗，也能降低农耕中排放的二氧化碳。当土地

9、不再紧实，土壤就能保住原有的结构，留住有益的生物。它们还能吸收更多的水分，保持更久的肥力。具有这些能力的自动机器人已经开始在田野试验中展现气概了。它们需要具备的关键能力有3种：能自动行驶，能分析眼前的场景，还要能帮助农民烧掉野草、喷洒农药或者收割庄稼。其中导航系统还是最简单的部分，特别是在有了高精度的卫星导航技术RTK-GPS之后。这种技术能使机器将自己的位置确定在2厘米之内，由德国应用科学大学的阿诺鲁克肖森（Arno Ruckelshausen）研发，目的是为一款叫做“BoniRob”的模块式农业机器人导航。BoniRob的外形像一辆四轮越野车，利用几台光谱成像仪来区分绿色的作物和褐色的土壤

10、。它能记下每一株作物的位置，并在生长季中一次次返回原地观察它们的生长。BoniRob的外形像一辆四轮越野车，利用几台光谱成像仪来区分绿色的作物和褐色的土壤。图片来源：agrotec.cz4 激光除草枪除尽杂草是农民特别向往的一个目标，因为杂草会使有些作物的产量下降5成还多。因此，鲁克肖森下一步的计划就是，给他的机器人安装一套精确的喷洒系统，该系统仿照喷墨打印机，能够在杂草的叶片上喷洒微小的除草剂液滴。鲁克肖森估计，这项技术能够使农药的使用减少8成。根据布莱克摩尔的计算，即便是将机器人的前期投资计算在内，这个新方法也会比传统的除草手段便宜。不仅如此，新方法还明显有利于生物多样性的维持，因为它能将

11、除草剂杀死的植物数目减到最低。喷洒杀虫剂不是机器人清除杂草的唯一手段：试验中的样机还能用火焰喷射器和激光枪烧死杂草，这一点对于有机农业可是大有用处的。同样的方法，或许还能节省化肥。田野试验显示，机器人能用传感器测量每一株小麦的氮水平，然后酌量施肥，并由此将整块田地的化肥使用削减8成以上，做到物尽其用。一方面是化肥减少使用，一方面是土壤变松、蓄水能力加强，结果就是河流和水道变得更加健康。除此之外，还有一个不言而喻的好处：化肥的工业生产造成的大量碳排放，在精确施肥之后也能有所缓解。接下来的难题就是，如何区分杂草和作物。研究者正在研发相应的机器视觉系统，希望能借助叶片的不同形状来辨认比如杂草和甘蔗的

12、不同。不过澳大利亚野外机器研究中心的萨拉苏卡黎表示，由于缺乏资金，这方面的研究仍然进展缓慢。“如果在农业机器人方面的拨款能和采矿、国防项目相当，问题就可以解决。问题是，农业研究没有那么多钱。我们现在只能向别的行业借鉴，等他们的经验慢慢渗透过来。”但是他也表示，即便如此，机器人视觉也会在大约几年之后就绪。像日本这样的发达国家，人口老龄化严重，受制于农村劳力短缺，农业机器人可能很快出现那就是北美和西欧。像中国这样快速发展的国家同样面临这个问题。农业工作没有趣味和声望可言，收入一般也不高，工作内容却又累又脏，所以大家都希望进入城市，去工厂或办公室工作。虽然人口在增加，也都需要吃饭，愿意从事农业生产的

13、人口却在急剧缩减之中。美国农业部的琳达加尔文（Linda Calvin）和加利福尼亚大学戴维斯分校的菲利普马丁（Philip Martin）研究了机械化的趋势，以预测美国的农场在劳动力缩减的未来将何去何从。现在的美国农场中有大量移民劳工，主要来自墨西哥。然而移民潮正在减缓，许多在美国工作的外国人都准备返回祖国了。美国劳工部开展的“全国农业工人调查”在过去25年内询问了5万多名农业工人，在近几年的调查中，超过半数的受访者都是非法移民。这个群体因为法律身份、教育水平和语言技能而无法从事其他许多职业，但是即便如此，他们当中的大多数也会在10年之内离开农场，转而从事其他对体力要求较小的职业。雇佣成本的

14、上涨一直在推动农场采用节约人工的技术，比如说葡萄干生产业：2000年的大丰收使得葡萄价格一泻千里，随着利润大幅压缩，农场主找起了省钱的法子。本来人工是他们的一大开支美国的农场平均有42的生产成本是花在人力上的。农场主改造了葡萄酒生产商的收割机，将它运用到了自己的农场当中。到2007年，加利福尼亚州已经有将近一半的葡萄干是机器收割的了。曾经有5万之众的工人队伍，现在也缩减到了3万人。农业机器人或许对仰仗土地维生的劳工来说不是什么好消息，对农场主又如何呢？虽然有研究指出，机器人挤奶对于牧场的整体收益冲击不大，但是机器毕竟为奶农省去了每天挤奶的苦工。布莱克摩尔的计算则显示，农业机器人可以带来可观的经

15、济利益，比如在谷物地和甜菜地里，机器人就能将每公顷的除草成本减少约两成。对经营有机农场的人来说，机器人的收益就更大了，因为劳动力在他们的总成本中所占的比重达到5成以上。对丹麦有机农业的一项研究指出，即便在计算了机器的购买和维修费用之后，农业机器人依然能将去除杂草的成本减去一半之多。5 机器人农场约翰斯特莱德（John Stride）任职于支持有机农业的英国土壤协会，了解到机器人技术能够减少农药的使用，他感到相当兴奋。不过他也提醒说，其中的风险同样值得研究。他说：“要不要引进任何新的技术，就要看我们能不能把它的好处给说清楚。”比如，农业机器人到底能不能降低食品价格？决定食品价格的因素多种多样，从

16、气候到超级市场的价格战，都有可能使价格或升或降。长远来看，自动化是否就能使果蔬变得便宜，这一点是很难断定的。但是降低了在农耕中投入的能量，我们至少就有机会把农产品的价格降下来。还有一件事很难避免：这些机器最终将改变田园的景观。等到人们在设计农场时就将农业机器人考虑在内的时候，机器人农业的春天就真正到来了。到了那时，田地将重新分割成小块，作物将种植成一格一格，而非一列一列，果树也会修葺成二维的形状，以方便采摘。虽然由机器人培养的这种奇怪的几何形农田还不会马上出现，但是，正如国外专家所言，“它终究会出现的”。6 结语我认为，由于科技发展水平较高，人口老龄化比较严重，劳动力流失，农业机器人发展得比较快的必然是发达国家，经济水平较低的国家没有能力也暂时没有必要去研发农业机器人。未来农业必定是精确化的、信息化的、机械化的。随着我国自动化在农业领域的不断发展，未来农业生产中将随处可见机器人的身影。它们将通过三维图