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浅谈智能化除草机器人技术发展现状及趋势展望

2017-01-12钟启鸣

山东工业技术 2016年24期
关键词:技术原理发展趋势

钟启鸣

摘 要:随着社会的发展,科学技术的不断创新,智能化技术逐渐的应用到了各个领域当中,形成了各具特色的机器人系统,其中就包括了农业生产工作当中,为农业生产工作进一步增强提供了保障。为了使其在实际工作中发挥出较大的作用,我们高中生作为祖国发展的栋梁,就对智能化除草机器人技术发展现状及趋势展望进行了研究,首先概述了我国智能除草机器人的发展,然后重点的对其技术原理与重要技术进行了分析,最后对其发展趋势进行了展望,为我国智能化除草机器人的发展做出了一定贡献,更好的促进我国农业生产工作的进行。

关键词:智能化除草机器人;技术原理;发展趋势

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.115

0 引言

在我国历史发展的过程中,农业一直处于重要的地位,为我国经济的增长提供了良好的保障。在农业生产的过程中,从春播到秋收,通常需要进行很多项工作,其中除草工作是其中主要的工作之一,该项工作进行的好坏,会直接影响到农民的经济收入。而当前阶段进行该项工作时,通常是采用化学农药除草的方式,这种方式不仅效率不高,而且还会对环境造成严重的污染,不满足我国现今可持续发展战略的实施。因此,高中生的我们作为祖国未来的接班人,加强对智能化除草机器人技术发展现状及趋势展望进行研究具有重要意义,为我国农村的经济发展提供了一定保障。

1 智能除草机器人的发展概述

在我国社会发展的过程中,农村人口一直占据很高的比例,具相关部门统计,当前阶段我国农村人口超过了7.5亿,将近占具我国总人口总数的60%。在这种情况下,虽然我国土地面积非常的广阔,但是人均土地占有量不是很多,因此,在进行农业生产工作的过程中,农业机械的应用程度还不是很高,并且在使用的机械设备中自动化程度较低,从而对我国农业机器人的研究造成了严重的影响,与其他国家相比,我国的研究还非常落后[1]。而在我国当前阶段中,农村人口老龄化问题逐渐加重,同事一些农村又在逐渐的向着城市化的方向发展,导致农村劳动力数量逐渐的减少,对农业生产正常的进行造成了严重影响,从而使原有的工作量使用更少的人员来完成,提高了人们的劳动强度,而且还增加了生产过程中的投入成本,不利于我国农村的发展。

我国当前的农业除草工作中,主要有两种方式,一种是人力除草的方式,这是一种古老的除草方式,是由我国古代人民总结出来的除草方式,这种方式不仅强度非常大,而且效率还不是很高,不利于农业生产的进行,正在逐渐的被抛弃。另一种为化学农药除草,这种方式是根据一些化学成分对杂草的影响,杀死杂草中的细胞,从而达到了除草的目的。使用该种方式除草时,会对从社会造成一定的影响。首先可以将化学农药残留到作物中,如对作物使用时清理不当,就会导致这些化学成分进入到人们的体内,出现中毒的问题,从而对人们的身体健康造成严重的影响,不利于人们正常的生活;其次是我国缺少完善的农药使用标准,同时农民还缺乏安全意识,在工作的过程中,常常使用错误的施药方法,致使农药出现飘散的现象,不仅使农药的利用效率不是很高,而且随着农药的飘散,还会对环境造成影响,不利于人们的生活与作物的生长[2]。

智能除草机器人研究的过程中,首先是美国、英国等国家对其进行了研究,研究的相对较为完善,而我国当前阶段中,国家与社会逐渐加强了对农业生产中的除草工作的重视,开始了对智能除草机器人的研究,通过对国外技术的借鉴,也在开始自行的进行研发。虽然我国研发的时间较晚,但是我国一直作为农业生产大国,对农业的重视程度较高,也会加强对智能除草机器人研究的重视程度,在之后的研究过程中,一定会追赶上国外的先进技术,形成我国独特的智能除草机器人系统,为我国农业生产更好的进行提供了良好的帮助[3]。

2 智能除草机器人的技术原理与重要技术分析

除草机器人中硬件系统起到了决定性作用,其中包括了很多部分,如PC处理机、末端执行器等,通过这些部分起到的不同作用,才能使智能除草机器人发挥出应有的作用。

2.1 除草原理

在智能除草机器人工作的过程中,主要的工作原理为:首先要对田间各种类型的杂草与植物的信息进行收集并分析,并将分析的结果存储到相应的硬盘当中,为之后的工作提供良好的对照信息;然后进行除草工作时,硬件中的摄像头就会发挥出其应有的作用,根据农田的垄条形状,对拍摄进行调整,从而对每一条垄条进行拍摄,并将拍摄的画面通过传送装置传输到PC处理机中,之后PC处理机根据传回的结果,与硬盘中的对照信息进行比较。最后,根据比较出来的结果,对除草系统进行控制,使除草系统在工作时,能够与作物保持一定的距离,避免其对作物造成损害[4]。

2.2 除草的重要技术

(1)视觉影像技术。在智能除草机器人中,视觉影像技术是其中最为重要的一项技术,智能除草机器人运动时,该项技术可以对环境进行拍摄,拍摄出多个物体图像,然后将该图像传输到相应的计算机中,计算机就会对其进行处理与分析,之后将分析的结果传送到控制系统中,控制系统就会根据传输的结果对机器人进行控制,从而准确的寻找到作物的生长位置,保证该设备能够正常的在田间行走,不会对作物造成影响。

在使用该技术时,主要有以下两种方式。第一种是利用OCD-ICP的图像配准方法,在使用该种方法进行应用时,应用了一定的图形学原理,在图像的边缘处,根据农田的实际情况,选取出多个边缘角点,并结合相应的筛选规则,对其进行筛选,使边缘角点不断地优化。当其优化到一定程度后,就要通过迭代最近点的方法对其进行处理,从而得出最佳的配准,从而确定出了作物的准确位置;另一种方式是利用HSI颜色分量的颜色特征提取法,采用该种方式进行运行时,由于植物的高矮、性状等存在差异,导致光照射到不同的植物上,会产生不同的光照强度、色调与饱和度,因此,在绘制图像时,就会直接采用多阈值分割的方法对其进行处理,将其以量化的形式体现出来,然后将这些量化后的颜色进行组合,并提取出不同颜色中的特征,根据特征内容的不同,将其分为不同的种类,最后将不同种类的特征进行组合,是图像达到了跟个的效果,从而完成了整个工作[5]。

在实际的智能化除草机器人中,一种视觉影像技术往往达不到要求,通常情况下是对两者共同应用,将两者进行了有效的融合,形成了一种更加先进的图像处理技术,并在该技术的基础上,构建出了良好的操作平台,在该平台中就会更好的进行工作。当前阶段中,国外的研究时间较长,研究基本上比较完善,而我国研究的时间较短,相对来说还不是很完善,还有更加广阔的发展空间[6]。

(2)机械控制技术。在智能化除草机器人中,另一重要的组成部分就是控制系统,该系统性能的好坏直接影响了整个设备的工作性能。通过视觉影像技术得到的图片信息,控制系统对其运动进行控制,从而使其达到了运动除草的目的。

在当前智能除草机器人当中,对该种技术的应用主要有以下两种方式。第一种为建模分析的方式,在使用该种方式进行应用时,当图片信息进入到该系统后,就会将其导入到相应的三维软件中,该软件就会根据图像的信息,建立出相应的模型,然后通过该软件具有的仿真功能,模拟出农田的不同环境,并根据农田的环境,来对机器人的移动进行设计,从而使其达到了移动的目的。并且,在这一过程中,还会根据相应的动力学原理,对机器人运行的效果进行研究,计算出其不可测的滑移量。在计算出该数据之后,将其输送到控制器中,从而使其进一步对移动进行设计,产生出相应的补偿控制器,这时就会将其导入到三维软件与商业数学软件中,利用两者来对其进行仿真。通过该仿真结果可以发现,使用该种控制方法对机器人进行控制时,效果较好,使其运行的距离更加精确,对作物产生的破坏影响较小;另一种对数字图像处理技术进行了一定的应用。在当前阶段中,随着社会的发展,数字图像处理技术得到了快速的发展,使其更加的完善,具有了更加强大的功能,被广泛的应用在我国的各个领域中,为各领域发展提供了良好的帮助。在智能化除草机器人中的应用,不仅可以使机器人更有效的对外部信息进行采集,而且还会加强其对环境的理解,为机器人正常的运行提供了保障[7]。并且在机器人运行的过程中,主要包括了两个方面的工作内容,一个是对其自身的运动进行检测,另一个为对目标的跟踪,在使用该技术后,就能够达到这两项工作内容的要求,使机器人能够更好地对杂草进行识别,并将识别的信息输送到传感器中,其内部的执行部门就会对机器人下达准确的行动命令,从而使其安全、稳定的移动到规定的位置,之后对其除草操作进行命令,从而使其完成整个除草的工作。

3 智能除草机器人的发展趋势

随着社会的发展,人们生活水平的提高,对各项工作具有了更加严格的要求,而农业生产工作作为我国社会发展中重要的组成部分,对其的要求也逐渐增加,因此使其向着现代化的发展具有重要的意义。在其之后的发展中,主要向着以下两个方向发展。首先智能化除草机器人是在自然条件下应用的,人们无法对自然现象进行控制,使得与其他类型机器人的工作环境相比,具有多变的特点,对工作性能具有更高的要求。因此,在其之后的研究过程中就要向着更加智能化的方向发展。在之后的研究过程中,就要进一步对上述两种技术进行研究,使其发展的更加完善,不仅使机器人在工作中发挥出更大的作用,而且还可以降低制造的成本,能够更加广泛的应用于农业生产中;其次在当前的智能化机器人工作中,通常是电力能源为其提供动力,在其运行中,会消耗大量的电能,这样为了满足其对电力的需求,电力系统就会增加对电力的需求,从而提高了对煤炭等资源的消耗,而且机器人在工作中还常常会发生电量不足的问题,使其突然停止运行,降低了其工作效率。因此,在其之后的发展中还要向着节能的方向研究。在该研究中,可以对耗能系统进行研究,降低机器人的运行功率,减少其运行过程中消耗的电力能源,而且还可以对新能源系统进行研究,在机器人运行时能够利用自然环境中的太阳能、风能等自然能源,降低了其对电能的需求,从而可以达到节能的目的[8]。

4 总结

综上所述,在农业生产中应用智能化除草机器人后,不仅可以提高除草的效率,是农作物更好的生长,而且还有效的对环境做出了保护,对我国社会的发展具有重要的影响。而在当前阶段实际的农业生产工作中,智能化除草机器人应用的还不是很广泛,还没有形成一定的估摸,因此,本文作者就根据自己对其了解的程度,对智能化除草机器人进行了研究,为其更好的在实际工作中应用提供了一定保障。但是,一个人的力量终归是有限的,这就要加强国家与社会各界对其的重视程度,通过人们共同的努力研究,使其更加的完善,为农业生产工作的发展提供了更有力的保障。

参考文献:

[1]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,2015,04(02):6-10.

[2]林欢,许林云.中国农业机器人发展及应用现状[J].浙江农业学报,2015,09(05):865-871.

[3]王儒敬,孙丙宇.农业机器人的发展现状及展望[J].中国科学院院刊,2015,03(06):803-809.

[4]毕昆,赵馨,侯瑞锋等.机器人技术在农业中的应用方向和发展趋势[J].中国农学通报,2011,12(04):469-473.

[5]马旭,齐龙,梁柏等.水稻田间机械除草装备与技术研究现状及发展趋势[J].农业工程学报,2011,10(06):162-168.

[6]易中懿,胡志超.农业机器人概况与发展[J].江苏农业科学,2010,08(02):390-393.

[7]宋欣,杨磊,张仲雄等.一种智能除草机器人的设计与模型实现[J].科技创新与应用,2016,02(07):16-17.

[8]朱凤武,于丰华,邹丽娜等.农业机器人研究现状及发展趋势[J].农业工程,2013,06(06):10-13.

[9]姬江涛,郑治华,杜蒙蒙等.农业机器人的发展现状及趋势[J].农机化研究,2014,01(02):1-4+9.

[10]王宝梁,薛金林.开放式系统农业机器人技术概述[J].农机化研究,2013,11(06):8-12.

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