智能化除草机器人技术发展现状及趋势展望.pdf

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1、第５期总第２５１期农业科技与装备Ｎｏ.５ＴｏｔａｌＮｏ．２５１２０１５年５月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｙ２０１５智能化除草机器人技术发展现状及趋势展望邢占强（黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨１５００８１）摘要：为缓解机械施药技术存在的浪费农药及污染生态环境问题，给出一种智能化除草设备的设计方案。综述智能化除草机器人技术发展现状，介绍除草机器人技术原理及其重要技术内容，展望其发展趋势及前景，为发展智能化除草机械提供技术参考。关键词：除草机器人；机械除草；智能；运动主体；末端执行器中图分类号：Ｓ２２４．３文献标

2、识码：Ａ文章编号：1674-1161（201５）０５-00３７-0２１除草机器人发展概况破，并在农业生产能力提高方面发挥重要作用。我国是农业大国，８０％的人口是农民，人均土地２除草机器人技术原理及其重要技术拥有量少，农业机械化、自动化的需求不如发达国家除草机器人的硬件部分由ＰＣ处理机、运动主那么迫切，因此，农业机器人的发展相对滞后。目前，体、末端执行器、摄像头等组成（见图１）。我国已经进入人口老龄化时期，加之受城镇化进程的影响，农村劳动力数量大为减少。这使得农业生产成本不断提高，农民的劳动强度越来越大。目前，我国主要使用化学药剂和人工的方式除草，其特点是劳动强度大、耗时费力

3、、效率低、效果差，除草工作完成后，幼苗仍受不同程度的草害威胁。滥用农药在很大程度上造成农民直接或间接经济损失，如人身中毒、农产品农药残留量超标、环境污染、药害、生物链破坏、农药浪费等。随着人们生活水平的提图１除草机器人硬件组成高，人们开始重视生存环境，对食品安全也越来越关Ｆｉｇｕｒｅ１Ｈａｒｄｗａｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｗｅｅｄｉｎｇｒｏｂｏｔ注。长期以来，我国在机械施药技术方面的规范混乱在除草机器人的设计中，摄像头的视觉图像分析短缺、无章可循，加之广大用户的机械施药技术水平运动主体的灵活快速响应和末端执行器的指令执行低、安全施药意识淡薄，导致每年因施药不当而中毒为关

4、键所在。伤亡的人数高达１０万人左右。同时，由于使用不当，２．１除草原理农药大量飘移流失，导致农药有效利用率仅为３０％除草机器人工作原理：在ＰＣ处理机内部建立数左右，严重污染农业生态环境。据库，存储作物生命特征，并作为对照；除草工作时，随着科学技术的发展，在大田除草的生产环节摄像头沿着作物生长的垄条进行拍摄，并将所拍摄的上，智能型机器人开始融入其中：从产生到现在，从国地貌特征影像输送到ＰＣ处理机内进行比对分析，然外到国内，从图像识别分析到机械手准确定位。目前，后快速响应，控制各电器部件完成运动主体的前、后、发达国家已经广泛开展农业机器人研究。近年来，瑞左、右、上、下移动且与作

5、物保持安全距离，由末端执典、丹麦、荷兰等欧洲国家及美国、日本等相继开展杂行器在所经过的区域完成除草工作。２．２实施除草的重要技术草识别和除草机器人的研究。虽然我国对除草机器人２．２．１视觉图像分析利用机器视觉导航技术引导除的研究刚刚起步，但随着国家对农业机器人重视程度草机器人沿着农作物行自动行走，同时利用机器视觉的提高，农业除草机器人的研究领域必将取得重大突技术检测农作物行间作物位置。主要应用方法：１）基于ＯＣＤ－ＩＣＰ的图像配准方收稿日期：２０１５－０２－１３法。该方法利用图形学原理，对图像边缘角点候选点作者简介：邢占强（１９８２—），男，工程师，从事农业机械化技术集提出

6、４个筛选规则，逐步筛选优化的角点集，并在研究工作。３８农业科技与装备２０１５年５月此基础上利用迭代最近点的方法得到最优配准。２）基于ＨＳＩ颜色分量的颜色特征提取方法。该方法结合ＨＳＩ颜色分量反映物体本质颜色的特点，采用直方图多阈值分类方法量化各ＨＳＩ颜色分量，组合量化后的颜色分量提取图像颜色特征，对该方法提取的视觉图像颜色特征进行聚类，并对视觉图像进行分割。大部分方法都是多种原理并用，采用先进的彩色处理技术，基于一定的平台技术。我国的相关技术还有很大的需求和发展空间，国外在这方面的研究比较图３末端执行器行走路径成熟和先进。Ｆｉｇｕｒｅ３Ｒｏｕｔｅｏｆｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒ２

7、．２．２运动主体的准确快速响应和末端执行器的指令执行除草机器运动主体运送末端执行器在作物间行走除效地补偿滑移效果，改善移动机器人在滑移状态下的草并绕过作物所在位置。在整个过程中，机器人的图控制精度。２）数字图像处理和计算机视觉技术发展十像识别处理能力直接决定作业效果。运动主体及末端分迅速，广泛地应用于军用和民用领域，是智能机器执行器的行走路径分别见图２和图３。人获取外部信息和理解世界的重要途径。运动检测与目标跟踪是计算机视觉中两个最重要的应用，也是实现智能化识别及除草的关键技术，借助传感器信息执行部件能够快速安全地