马智明 郭秀娟 王平

【摘要】我国是一个农业大国，农业问题一直都是关系到我国社会发展的根本问题。虽然我国是一个农业大国，但是我国的农业种植技术相较于发达国家而言还是比较落后。以农业机器人为例，虽然我国也开始逐渐使用农业机器人，但是我国的农业机器人在精准度、作业效率和稳定性方面和国外还有一定的差距。随着新的农业生产模式和新技术的逐渐应用开来， 机器人将越来越多地应用到农业生产中直到完全替代传统农用机械。在农业中运用机器人是从质的方面提高劳动生产率的新方法，也是农业机械产品技术发展的一个标志。但是由于农业生产容易受到季节的影响，农产品的价格根据市场的波动较大，农田作业环境复杂多变等原因，农民对农业机器人的性价比、耐用性、智能化提出较高的要求，这些问题也成为制约农业机器人研究应用的瓶颈问题。正式因为如此，农业机器人技术将是新世纪的重点研究内容之一。以此为契机，我们开发果园模块化作业机器人的设想也应运而生。

【关键词】果园  模块化  机器人

一、项目实施的原因

一方面，受到当前设备和果园环境的制约，果园打药机对于的农药浪费很严重，没有充分考虑果园的果树间距，果树形状，果园地形。在实际使用过程中很不方便，一定程度上还造成了资源上的浪费。

另一方面，当前农民果园除草多打除草药，或者采用人工除草的方式，第一种会对农田土壤造成很大的环境污染，影响土质，降低了果园产量，二者效率低下，没有向新型农业跨越。

最重要的是，当前果园施肥还是没有彻底解放双手，市场上虽然有相关的施肥设备，但是依然存在不实用，肥料的量不合理，模块化智能施肥设备能够根据每一颗果树的生长情况，合理施肥，既能做到增产增收，也能够做到肥料的最大化的利用。

二、项目内容

果园模块化作业机器人是由拖动模块，打药模块，除草模块，施肥模块这四个模块构成的。农户可以根据自己的实际需求将拖动模块和其他模块随意地组合。从而保证果园模块化作业机器人的体积足够小，符合农家果园的需求。

果园模块化作业机器人构成如图所示：

（一）软件研发

机器人每个模块所需程序的研发以及各个模块软件之间的相互衔接与调整数据库的设计以及建立，数据智能处理软件的设计与优化，数据的传输方式和数据的分类保存方式完善每一棵果树的数据存档和出具分析，大致分类。软件的数据建模且进行实际模拟。

（二）硬件研发

拖动模块的自动驾驶动能传动，土壤检测树木生长情况监测装置的设计，自我检测设计，当出现故障时，紧急制动，自动熄火。除草模块传动装置，树干感应装置以及除草叶片的设计，除草模块除草模块采用立到和卧刀相互组合的方式一部分经皮带传动传递至卧式除草刀，实现果园园的行间除草。打药模块树形监测装置，管道的转动拉伸装置，三段式机械臂，距离传感器，湿度传感器的制造和优化。施肥模块的具体设计与改造。施肥模块的拖箱设计，投放设计，以及投放量的运算。

（三）软硬件适配

机器人每一个硬件与软件的适配，机器人每一个模块的互相适配。从而对软件和硬件进行调整，数据库与机器人的进一步衔接，从而构建出AI果园模块化作业机器人的大致样式，然后将机器人进行实地测试，调整。对设计图纸和软硬件进行资料整理和存档和整改。

三、项目难点

（1）每一个模块的数据衔接和软件的衔接，软件防火墙的建立，防止软件数据分析错误，而造成机器人的信息错误处理，而对果树造成损伤，导致坐果率的下降。机器人各个模块的相互配合和动能的合理分配，要保证机器的效率，也要防止机器超负荷运行而产生不可挽回的损害。每一个模块的数据衔接和软件的衔接，软件防火墙的建立，防止軟件数据分析错误，而造成机器人的信息错误处理，而对果树造成损伤。导致坐果率的下降。

（2）机器人各个模块的相互配合和动能的合理分配，要保证机器的效率，也要防止机器超负荷运行而产生不可挽回的损害。

（3）对农田的土壤检测装置以及果树的生长情况检测装置以及数据的整理及自动整改，保证数据的简洁性，完整性，可视性。数据传输过程中对数据库的数据的调用速度以及数据的处理。

四、结语

果园模块化机器人通过可拆卸的设计，用户可以将自动驾驶模块和其他模块自由组合到一起。将传统农机设备，与互联网，人工智能相结合，更加智能化的设计让果农使用起来更加轻松。此外，果园模块化作业机器人更加的环保化，经济化。所谓环保化，通过机器对果园的实时监测，减少了农药化肥的使用，不仅可以减小土质破坏，还可以提质增效。所谓经济化，就是果园模块化作业机器人不仅减少了人力成本，还能达到增产增收的效果，是广大农民的福音。

参考文献：

[1]黄成龙.人工智能及云计算在智慧农业教学中的应用[J].科教文汇（上旬刊），2020（02）：71-72.

[2]马千里.简析智能农业在农业生产中的作用与前景[J].南方农机，2020，51（03）：58.

基金项目：吉林建筑大学大学生创新创业训练计划项目，项目编号：2019

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