白玉　邱敏　于光华

摘要：根据学校多年组织大学生参加“全国大学生机器人大赛”的经验，策划、研究了一个应用于农业、畜牧业的AI机器人项目，对该项目的应用可行性进行了分析，重点阐述了AI机器人的设计要点。该AI机器人为促进农业、畜牧业的科学生产提供了解决方案。

关键词：人工智能;机器人;农业;畜牧业;视觉系统

0 引言

我国高等院校的电子信息类专业属于新工科专业，培养电子信息类专业的应用型人才是我国高等教育人才培养的重中之重。“全国大学生机器人大赛”涉及机械、电子、自动控制、视频识别、图像处理、人工智能等多方面知识，参赛大学生历时一年时间，将所学理论与实践相结合，自主研发出了多种机器人。绝大部分经过大赛历练的学生都能成长为工程实践能力强、创新能力强、团队协作能力强、具有国际竞争力的高素质复合型人才。

本文根据我校多年组织大学生参加“全国大学生机器人大赛”的经验，策划、研究了一个应用于农业、畜牧业的AI机器人项目，对AI机器人在农业、畜牧业的应用可行性进行了分析，重点阐述了该AI机器人的设计要点。

1 项目背景及可行性研究

我国是一个农业、畜牧业大国，其中黑龙江省是全国排名靠前的农业、畜牧业大省。近年来随着国家对农业发展的重视以及科学技术的不断发展，农业现代化成为了一种必然的发展趋势。农业现代化是指由传统农业转变为现代农业，把农业建立在现代科学的基础上，用现代科学技术和现代工业来装备农业，用现代经济科学来管理农业，创造一个高产、优质、低耗的农业生产体系和一个合理利用资源、保护环境的有较高转化效率的农业生态系统。目前，我国农业、畜牧业发展存在人力资源少，防盗、防灾、防疫难，农民知识储备不足等问题。因此，本项目致力于协助农民在畜牧业养殖、农业作业中的劳动，解放人力，降低粮食及肉类成本，实现AI机器人的牲畜看管、牲畜喂养、农田防盗等目标，满足国家提出的“科学制定规划，坚持产业化道路，完善牲畜疫病監管和防控体系”等要求，通过人机交互、智能联网，达到科学养殖、科学生产的目的。

2 应用于农业、畜牧业的AI机器人技术关键点及功能

2.1    技术关键点

应用于农业、畜牧业的AI机器人技术关键点包括：（1）机器视觉系统;（2）机械手臂;（3）机器人的智能运算及路径规划;（4）机器人与人的交互。AI机器人结构简图如图1所示。

2.2    基本组成及功能

2.2.1    框架结构

该AI机器人外形采用铝制结构，其外形结构设计如图2所示，具有重量轻、易于加工设计的优点。该AI机器人是通过机械制图，根据已有机器人产品进行的改进创新。该AI机器人采用麦克纳姆轮使机器人可全向移动，采用月球车控制设计方案，机器人可越过障碍，搭载的全向机械手臂，使机器人可以胜任大部分喂养工作。该AI机器人还可以通过联机模块与农机设备互联。

2.2.2    控制部分

该AI机器人可自主规划路线，跟踪拍摄窃贼并报警，采集农作物、牲畜信息。AI机器人搭载的核心CPU模块（目前应用的是STM32模块），可以按照农户的指令进行工作，采用双轴云台设计，如图3所示，搭载3种不同的摄像头，以保证机器人视觉系统运作的稳定性和灵活性。利用机器人的视觉系统，如图4所示，可以处理采集到的信息，识别农作物、牲畜或行人，自主学习、自主规划路线并不断优化。机器人一旦发现农作物、牲畜有异样，就会进行相应的处理和报警。该AI机器人可记录牲畜数量，一旦发现数量减少可立即报警;若发现有可疑人员，可对其跟踪拍摄并预警，联系农场主，实现人机实时交互功能。

没有任务待命时，AI机器人可自主联网学习养殖前沿知识，每天为农户推荐养殖知识、最新信息，实现人机共同进步。

3 结语

本文通过对应用于农业、畜牧业的AI机器人项目进行可行性研究，完成了AI机器人系统设计，该AI机器人可以实现牲畜喂养、牲畜看管、农田防盗、牲畜信息收集处理、与农户进行信息交互等功能，为促进农业、畜牧业的科学生产提供了解决方案。随着我国市场对农业、畜牧业产品的需求量不断增大，本项目研究设计的AI机器人可以替代人工，大幅解放人力，降低粮食、肉类成本，在农业、畜牧业拥有广阔的市场应用前景。

[参考文献]

[1] 刘灵敏，胡婧，谢倩.基于计算机视觉的采摘机器人智能避障系统研究[J].农机化研究，2018（9）：213-218.

[2] 王松杰.复杂环境下移动机器人路径规划方法的研究[D].邯郸：河北工程大学，2018.

[3] 胡发焕，刘祚时，朱花.以机器人大赛为契机探索大学生创新能力培养模式[J].中国电力教育，2013（28）：53-54.

收稿日期：2020-03-06

作者简介：白玉（1979-），男，山东梁山人，副教授，研究方向：数字信号处理。