【智能除草机器人结构设计的国内外文献综述2800字】

智能除草机器人结构设计的国内外文献综述1.1国外发展与研究现状澳大利亚昆士兰科技大学研制了一台名为AgBotＩＩ的智能除草机器人[10]如图1.1所示。它采用模块化设计，由机器人平台和除草模块组成。除草模块分为机械除草和喷雾除草模块，它是可拆卸和可互换的。AgBotＩＩ采用电力驱动，当电力不足时，能自动到附近太阳能充电站充电。AgBotＩＩ有自己的可快速部署的杂草分类系统，能够在没有先前的杂草物种信息时进行识别，且具有植物物种特异性处理系统，能够根据杂草种类有选择性地应用机械或是化学控制方法。图1.1AgBotＩＩ除草机器人图1.2Adigo智能除草机器人挪威科技大学的Utstumo等人研制了一台基于机器视觉的定靶喷药的智能除草机器人Adigo[11]如图1.２所示。该机器人采用三轮驱动，主要是针对行种胡萝卜的精准除草。它的杂草控制采用按需滴注的方法，将除草剂控制在单个液滴，其设有２８个喷嘴，喷嘴之间的横向间距为6ｍｍ，分辨率为0.8/ｓ，操作宽度为168ｍｍ。试验表明，按需滴注法与普通喷洒法相比，可以节省除草剂73％～95％，不仅节约了大笔成本，还保护了环境，这也是精准农业的重要研究领域。德国Deepfieldrobotics公司研发了一款具有学习机制的Bonirob除草机器人[12]如图1.3所示。研究人员向Bonirob分别展示大量标记为“good”的健康植物的叶子图片和标记为“bad”的杂草图片，Bonirob会将信息存储在它的信息库中，工作时根据叶子的颜色、形状和大小来判断植物的好坏并决定是否要留下或清除。不断地重复同种植物的新图像，Bonirob的判断能力也会与日俱增。通过甜菜与杂草分类的试验表明，其分类系统通过基于关键点和基于对象的方法相结合，在相对较短的时间内提供准确的分类结果。图1.3Bonirob除草机器人图1.4稻田除草机器人日本的研究人员Sori等人研制了一台适用于稻田除草的机器人[13]如图1.４所示。其配备电容式触摸传感器，用于水稻幼苗的检测，当传感器接触水稻幼苗时，传感器电容改变，转换成电压值输出。同时，装置方向传感器，它输出机器人的方位角在0°～360°之间的运动方向。它的除草方式是机器人在跨越一排水稻幼苗的同时进行杂草控制，利用搅拌土壤并将水搅拌起来以防止阳光到达它们，从而通过阻碍光合作用来杀死杂草。除了上述几种智能除草机器人，还有几种除草机器人也较为出色：Oz除草机器人、Dino除草机器人、ecoRobotix太阳能除草机器人、Tertill智能除草机器人等。1.2国内发展研究现状与国外相比，国内对于智能除草机器人的研究发展起步较晚，品种门类较少，竞争力较差，整体技术水平也比较低。黑龙江八一农垦大学的郭占斌研制出一种弹齿式苗间中耕锄草机[14]如图1.5所示。该机器改善了中耕除草机在使用过程中对作物苗伤害严重，株间杂草铲除效果不佳，及药物除草对动、植物的危害等问题，集锄草、培土、深松于一体，伤苗率不超过，可应用于大豆、小豆、玉米、甜菜、马铃薯等多种农作物的定期锄草。图1.5弹齿式苗间中耕锄草机图1.6弹齿式苗间锄草机刘天祥等人在该锄草机的基础上进行了改进，设计了一种新式的弹齿式苗间锄草机[15]如图1.6所示。该机器伤苗率不超过2%，而且适应性较强，可对大豆、小豆、玉米、甜菜、马铃薯等农作物进行定期除草作业。此外，黑龙江八一农垦大学的马永财等人设计了中耕苗间除草单体机构如图所示，通过田间试验验证了该机器工作性能良好，苗间杂草除净率大于75%，伤苗率小于5%。黑龙江省农业机械工程科学研究院的魏兆凯等人设计了一种新型大豆苗间除草松土机[16]如图1.7所示，可对大豆、芸豆、土豆和玉米等中耕作物进行间苗除草松土与苗前灭草，该机器除草率大于85%，作物损伤率小于3%。图1.7大豆苗间除草松土机图1.8水平圆盘式苗间除草装置东北农业大学的韩豹与吉林大学的吴文福等人设计了一种水平圆盘式苗间除草装置[17]如图1.8所示。该机器改善了机械除草过程中除草率低、伤苗严重，且作物株间以及秧苗附近的杂草难以产除等问题，当苗带被近似菱形的齿迹梳理后，有以上的杂草被锄草齿锄掉并抛至垄侧晒枯或被掩埋。田间试验结果表明，苗间除草率大于78%，伤苗率低于5%,能够满足大田作物苗间机械松土和除草的农艺要求。韩豹等人还设计了一种适合玉米和大豆作物株间作业的组合梳齿式除草机构，此外，东北农业大学的秦丽元等人发明了一种中耕除草松土机；江苏大学的陈树人等人设计了一种适合作物株间作业的八爪式机械除草装置；江苏大学的刘继展等人发明了一种激光除草机器人；华南农业大学的胡炼、罗锡文等人设计了一种基于爪齿余摆运动的株间机械除草装置和一种横摆式株间除草装置；化南农业大学的齐龙等人设计复合式水田除草器；张滨等人研制了一种水田除草机器人；南京林业大学的陈勇等人研制了一种适应于行播农田的除草机器人和一种高效智能除草机器人；北京林业大学的吴健等人设计了一种自动可视除草机器人；东北农业大学的王金武等人设计了一种适用于水稻田的苗间除草装置；中国农业大学的张春龙、李伟等人设计了一种智能锄草机器人。我国国内虽然对于智能除草机器人的研究发展起步较晚，品种门类较少，竞争力较差，整体技术水平也比较低，但正快步追赶世界强国，推陈出新，不断有自己的一些新创新，终会赶超他们。参考文献[1]ZhaoJingjuan,YangYanping,ZhengHuaiguo,DongYu.GlobalAgriculturalRoboticsResearchandDevelopment:TrendForecasts[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2020,1693(1).[2]张文莉,陈树人,褚德宏.除草机器人研究现状与趋势[J].农业装备技术,2015(2):6-10.[3]中华人民共和国农业部．中国农业统计资料(2016)[M].北京:中国农业出版社,2017.[4]SlaughterDc，GilesDK，DowneyD.Autonormousroboticweedcontrolsysterms:areview[J].Cormputers&ElectronicsinAgriculture，2008,61(1):63-78.[5]兰天,李端玲,张忠海,于功敬,金勋俊.智能农业除草机器人研究现状与趋势分析[J/OL]计算机测量与控制:1-7[2021-05-05]./kcms/detail/11.4762.TP.20210301.0933.026.html.[6]孙君亮,闫银发,李法德,董岩,郭家乐,宋占华.智能除草机器人的研究进展与分析[J].中国农机化学报,2019,40(11):73-80.[7]赵匀.农业机器人的研究进展及存在的问题.农业工程学报，2003，19（1）：1-4.[8]方建军.移动式采摘机器人研究现状与进.农业工程学报，2004，20（2）：273-275.[9]田素博.国内外农业机器人的研究进展.农业机械化与电气化，2007（2）：3-5.[10]HallD.DayoubF,KulkJ,etal.Towardsunsupervisedweedscoutingforagriculturalrobotics[C]//IEEEInternationalConferenceonRobotics&Autornation.IEEE,2017.[11]UtstumoT，UrdalF，BrevikA，etal.Roboticin—rowweedcontrolinvegetables[J].ComputersandElectronicsinAgri-culture，2018，154:36-45.[12]LottesP，H?rferlinM，Sanders.etal.Effectivevision—basedclassificationforseparatingsugarbeetsandweedsforprecisionfarrning[J].JournalofFieldRobotics，2017，34(6):1160-1178.[13]SoriH，InoueH，HattaH，etal.Effectforapaddyweedingrobotinwetriceculture[J].JournalofRoboticsandMecha-tronics，2018,30(2):198-205.[14]汪春,张锡志,衣淑娟,等.水稻育秧气吸式播种机的试验研究[J].机械设计与制造,2006(04):103-105.[15]刘天祥,张颖,韩霞,等.弹齿式苗间锄草机的改进设计[J].农机化研究,2010,32(002):107-109.[16]魏兆凯,张修春.大豆苗间除草松土机的设计[J].农机化研究,2009,31(006):83-86.[17]韩豹,吴文福,申建英.水平圆盘式苗间除草装置试验台优化试验[J].农业工程学报,2010(02):142-146.[18]桑中天.农业机械学[M]﹑北京:机械工业出版社,1988.[19]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].北京:中国农业科学技术出版社,2007.[20]唐春霞,曹文全.耐磨钢的国内生产现状及发展前景[J].宽厚板,2018,24(03):37-41.[21]郭茜,张西良,徐云峰,等.藤茎类秸秆专用切割刀片的设计与试验[J].农业工程学报,2014,30(024):47-53.[22]李金生.基于SolidWork