智能除草機器人結構設計的國內(nèi)外文獻綜述1.1國外發(fā)展與研究現(xiàn)狀澳大利亞昆士蘭科技大學研制了一臺名為AgBotＩＩ的智能除草機器人[10]如圖1.1所示。它采用模塊化設計，由機器人平臺和除草模塊組成。除草模塊分為機械除草和噴霧除草模塊，它是可拆卸和可互換的。AgBotＩＩ采用電力驅(qū)動，當電力不足時，能自動到附近太陽能充電站充電。AgBotＩＩ有自己的可快速部署的雜草分類系統(tǒng)，能夠在沒有先前的雜草物種信息時進行識別，且具有植物物種特異性處理系統(tǒng)，能夠根據(jù)雜草種類有選擇性地應用機械或是化學控制方法。圖1.1AgBotＩＩ除草機器人圖1.2Adigo智能除草機器人挪威科技大學的Utstumo等人研制了一臺基于機器視覺的定靶噴藥的智能除草機器人Adigo[11]如圖1.２所示。該機器人采用三輪驅(qū)動，主要是針對行種胡蘿卜的精準除草。它的雜草控制采用按需滴注的方法，將除草劑控制在單個液滴，其設有２８個噴嘴，噴嘴之間的橫向間距為6ｍｍ，分辨率為0.8/ｓ，操作寬度為168ｍｍ。試驗表明，按需滴注法與普通噴灑法相比，可以節(jié)省除草劑73％～95％，不僅節(jié)約了大筆成本，還保護了環(huán)境，這也是精準農(nóng)業(yè)的重要研究領域。德國Deepfieldrobotics公司研發(fā)了一款具有學習機制的Bonirob除草機器人[12]如圖1.3所示。研究人員向Bonirob分別展示大量標記為“good”的健康植物的葉子圖片和標記為“bad”的雜草圖片，Bonirob會將信息存儲在它的信息庫中，工作時根據(jù)葉子的顏色、形狀和大小來判斷植物的好壞并決定是否要留下或清除。不斷地重復同種植物的新圖像，Bonirob的判斷能力也會與日俱增。通過甜菜與雜草分類的試驗表明，其分類系統(tǒng)通過基于關鍵點和基于對象的方法相結合，在相對較短的時間內(nèi)提供準確的分類結果。圖1.3Bonirob除草機器人圖1.4稻田除草機器人日本的研究人員Sori等人研制了一臺適用于稻田除草的機器人[13]如圖1.４所示。其配備電容式觸摸傳感器，用于水稻幼苗的檢測，當傳感器接觸水稻幼苗時，傳感器電容改變，轉(zhuǎn)換成電壓值輸出。同時，裝置方向傳感器，它輸出機器人的方位角在0°～360°之間的運動方向。它的除草方式是機器人在跨越一排水稻幼苗的同時進行雜草控制，利用攪拌土壤并將水攪拌起來以防止陽光到達它們，從而通過阻礙光合作用來殺死雜草。除了上述幾種智能除草機器人，還有幾種除草機器人也較為出色：Oz除草機器人、Dino除草機器人、ecoRobotix太陽能除草機器人、Tertill智能除草機器人等。1.2國內(nèi)發(fā)展研究現(xiàn)狀與國外相比，國內(nèi)對于智能除草機器人的研究發(fā)展起步較晚，品種門類較少，競爭力較差，整體技術水平也比較低。黑龍江八一農(nóng)墾大學的郭占斌研制出一種彈齒式苗間中耕鋤草機[14]如圖1.5所示。該機器改善了中耕除草機在使用過程中對作物苗傷害嚴重，株間雜草鏟除效果不佳，及藥物除草對動、植物的危害等問題，集鋤草、培土、深松于一體，傷苗率不超過，可應用于大豆、小豆、玉米、甜菜、馬鈴薯等多種農(nóng)作物的定期鋤草。圖1.5彈齒式苗間中耕鋤草機圖1.6彈齒式苗間鋤草機劉天祥等人在該鋤草機的基礎上進行了改進，設計了一種新式的彈齒式苗間鋤草機[15]如圖1.6所示。該機器傷苗率不超過2%，而且適應性較強，可對大豆、小豆、玉米、甜菜、馬鈴薯等農(nóng)作物進行定期除草作業(yè)。此外，黑龍江八一農(nóng)墾大學的馬永財?shù)热嗽O計了中耕苗間除草單體機構如圖所示，通過田間試驗驗證了該機器工作性能良好，苗間雜草除凈率大于75%，傷苗率小于5%。黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院的魏兆凱等人設計了一種新型大豆苗間除草松土機[16]如圖1.7所示，可對大豆、蕓豆、土豆和玉米等中耕作物進行間苗除草松土與苗前滅草，該機器除草率大于85%，作物損傷率小于3%。圖1.7大豆苗間除草松土機圖1.8水平圓盤式苗間除草裝置東北農(nóng)業(yè)大學的韓豹與吉林大學的吳文福等人設計了一種水平圓盤式苗間除草裝置[17]如圖1.8所示。該機器改善了機械除草過程中除草率低、傷苗嚴重，且作物株間以及秧苗附近的雜草難以產(chǎn)除等問題，當苗帶被近似菱形的齒跡梳理后，有以上的雜草被鋤草齒鋤掉并拋至壟側(cè)曬枯或被掩埋。田間試驗結果表明，苗間除草率大于78%，傷苗率低于5%,能夠滿足大田作物苗間機械松土和除草的農(nóng)藝要求。韓豹等人還設計了一種適合玉米和大豆作物株間作業(yè)的組合梳齒式除草機構，此外，東北農(nóng)業(yè)大學的秦麗元等人發(fā)明了一種中耕除草松土機；江蘇大學的陳樹人等人設計了一種適合作物株間作業(yè)的八爪式機械除草裝置；江蘇大學的劉繼展等人發(fā)明了一種激光除草機器人；華南農(nóng)業(yè)大學的胡煉、羅錫文等人設計了一種基于爪齒余擺運動的株間機械除草裝置和一種橫擺式株間除草裝置；化南農(nóng)業(yè)大學的齊龍等人設計復合式水田除草器；張濱等人研制了一種水田除草機器人；南京林業(yè)大學的陳勇等人研制了一種適應于行播農(nóng)田的除草機器人和一種高效智能除草機器人；北京林業(yè)大學的吳健等人設計了一種自動可視除草機器人；東北農(nóng)業(yè)大學的王金武等人設計了一種適用于水稻田的苗間除草裝置；中國農(nóng)業(yè)大學的張春龍、李偉等人設計了一種智能鋤草機器人。我國國內(nèi)雖然對于智能除草機器人的研究發(fā)展起步較晚，品種門類較少，競爭力較差，整體技術水平也比較低，但正快步追趕世界強國，推陳出新，不斷有自己的一些新創(chuàng)新，終會趕超他們。參考文獻[1]ZhaoJingjuan,YangYanping,ZhengHuaiguo,DongYu.GlobalAgriculturalRoboticsResearchandDevelopment:TrendForecasts[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2020,1693(1).[2]張文莉,陳樹人,褚德宏.除草機器人研究現(xiàn)狀與趨勢[J].農(nóng)業(yè)裝備技術,2015(2):6-10.[3]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部．中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料(2016)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2017.[4]SlaughterDc，GilesDK，DowneyD.Autonormousroboticweedcontrolsysterms:areview[J].Cormputers&ElectronicsinAgriculture，2008,61(1):63-78.[5]蘭天,李端玲,張忠海,于功敬,金勛俊.智能農(nóng)業(yè)除草機器人研究現(xiàn)狀與趨勢分析[J/OL]計算機測量與控制:1-7[2021-05-05]./kcms/detail/11.4762.TP.20210301.0933.026.html.[6]孫君亮,閆銀發(fā),李法德,董巖,郭家樂,宋占華.智能除草機器人的研究進展與分析[J].中國農(nóng)機化學報,2019,40(11):73-80.[7]趙勻.農(nóng)業(yè)機器人的研究進展及存在的問題.農(nóng)業(yè)工程學報，2003，19（1）：1-4.[8]方建軍.移動式采摘機器人研究現(xiàn)狀與進.農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20（2）：273-275.[9]田素博.國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機器人的研究進展.農(nóng)業(yè)機械化與電氣化，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,張錫志,衣淑娟,等.水稻育秧氣吸式播種機的試驗研究[J].機械設計與制造,2006(04):103-105.[15]劉天祥,張穎,韓霞,等.彈齒式苗間鋤草機的改進設計[J].農(nóng)機化研究,2010,32(002):107-109.[16]魏兆凱,張修春.大豆苗間除草松土機的設計[J].農(nóng)機化研究,2009,31(006):83-86.[17]韓豹,吳文福,申建英.水平圓盤式苗間除草裝置試驗臺優(yōu)化試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2010(02):142-146.[18]桑中天.農(nóng)業(yè)機械學[M]﹑北京:機械工業(yè)出版社,1988.[19]中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院.農(nóng)業(yè)機械設計手冊[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術出版社,2007.[20]唐春霞,曹文全.耐磨鋼的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].寬厚板,2018,24(03):37-41.[21]郭茜,張西良,徐云峰,等.藤莖類秸稈專用切割刀片的設計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2014,30(024):47-53.[22]李金生.基于SolidWork