果農的福音——AI果園模塊化作業機器人

馬智明 郭秀娟 王平

【摘要】我國是一個農業大國，農業問題一直都是關系到我國社會發展的根本問題。雖然我國是一個農業大國，但是我國的農業種植技術相較于發達國家而言還是比較落后。以農業機器人為例，雖然我國也開始逐漸使用農業機器人，但是我國的農業機器人在精準度、作業效率和穩定性方面和國外還有一定的差距。隨著新的農業生產模式和新技術的逐漸應用開來， 機器人將越來越多地應用到農業生產中直到完全替代傳統農用機械。在農業中運用機器人是從質的方面提高勞動生產率的新方法，也是農業機械產品技術發展的一個標志。但是由于農業生產容易受到季節的影響，農產品的價格根據市場的波動較大，農田作業環境復雜多變等原因，農民對農業機器人的性價比、耐用性、智能化提出較高的要求，這些問題也成為制約農業機器人研究應用的瓶頸問題。正式因為如此，農業機器人技術將是新世紀的重點研究內容之一。以此為契機，我們開發果園模塊化作業機器人的設想也應運而生。

【關鍵詞】果園 ?模塊化 ?機器人

一、項目實施的原因

一方面，受到當前設備和果園環境的制約，果園打藥機對于的農藥浪費很嚴重，沒有充分考慮果園的果樹間距，果樹形狀，果園地形。在實際使用過程中很不方便，一定程度上還造成了資源上的浪費。

另一方面，當前農民果園除草多打除草藥，或者采用人工除草的方式，第一種會對農田土壤造成很大的環境污染，影響土質，降低了果園產量，二者效率低下，沒有向新型農業跨越。

最重要的是，當前果園施肥還是沒有徹底解放雙手，市場上雖然有相關的施肥設備，但是依然存在不實用，肥料的量不合理，模塊化智能施肥設備能夠根據每一顆果樹的生長情況，合理施肥，既能做到增產增收，也能夠做到肥料的最大化的利用。

二、項目內容

果園模塊化作業機器人是由拖動模塊，打藥模塊，除草模塊，施肥模塊這四個模塊構成的。農戶可以根據自己的實際需求將拖動模塊和其他模塊隨意地組合。從而保證果園模塊化作業機器人的體積足夠小，符合農家果園的需求。

果園模塊化作業機器人構成如圖所示：

（一）軟件研發

機器人每個模塊所需程序的研發以及各個模塊軟件之間的相互銜接與調整數據庫的設計以及建立，數據智能處理軟件的設計與優化，數據的傳輸方式和數據的分類保存方式完善每一棵果樹的數據存檔和出具分析，大致分類。軟件的數據建模且進行實際模擬。

（二）硬件研發

拖動模塊的自動駕駛動能傳動，土壤檢測樹木生長情況監測裝置的設計，自我檢測設計，當出現故障時，緊急制動，自動熄火。除草模塊傳動裝置，樹干感應裝置以及除草葉片的設計，除草模塊除草模塊采用立到和臥刀相互組合的方式一部分經皮帶傳動傳遞至臥式除草刀，實現果園園的行間除草。打藥模塊樹形監測裝置，管道的轉動拉伸裝置，三段式機械臂，距離傳感器，濕度傳感器的制造和優化。施肥模塊的具體設計與改造。施肥模塊的拖箱設計，投放設計，以及投放量的運算。

（三）軟硬件適配

機器人每一個硬件與軟件的適配，機器人每一個模塊的互相適配。從而對軟件和硬件進行調整，數據庫與機器人的進一步銜接，從而構建出AI果園模塊化作業機器人的大致樣式，然后將機器人進行實地測試，調整。對設計圖紙和軟硬件進行資料整理和存檔和整改。

三、項目難點

（1）每一個模塊的數據銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數據分析錯誤，而造成機器人的信息錯誤處理，而對果樹造成損傷，導致坐果率的下降。機器人各個模塊的相互配合和動能的合理分配，要保證機器的效率，也要防止機器超負荷運行而產生不可挽回的損害。每一個模塊的數據銜接和軟件的銜接，軟件防火墻的建立，防止軟件數據分析錯誤，而造成機器人的信息錯誤處理，而對果樹造成損傷。導致坐果率的下降。

（2）機器人各個模塊的相互配合和動能的合理分配，要保證機器的效率，也要防止機器超負荷運行而產生不可挽回的損害。

（3）對農田的土壤檢測裝置以及果樹的生長情況檢測裝置以及數據的整理及自動整改，保證數據的簡潔性，完整性，可視性。數據傳輸過程中對數據庫的數據的調用速度以及數據的處理。

四、結語

果園模塊化機器人通過可拆卸的設計，用戶可以將自動駕駛模塊和其他模塊自由組合到一起。將傳統農機設備，與互聯網，人工智能相結合，更加智能化的設計讓果農使用起來更加輕松。此外，果園模塊化作業機器人更加的環?；?，經濟化。所謂環?；?，通過機器對果園的實時監測，減少了農藥化肥的使用，不僅可以減小土質破壞，還可以提質增效。所謂經濟化，就是果園模塊化作業機器人不僅減少了人力成本，還能達到增產增收的效果，是廣大農民的福音。

參考文獻：

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基金項目：吉林建筑大學大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：2019

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