关于除草机器人的综述
田间除草机械综述
田间除草机械综述摘要：水稻田间机械除草技术在减少除草剂防治和有机稻草害控制的研究和应用中具有重要作用。
该文收集和整理国内外水稻田间机械除草装备与技术研究现状，概括了现在市场上应运广泛便捷的除草机械，分析了除草机械主要的技术核心。
结合我国具体情况，应采用多学科多技术联合、农机农艺相互配合及多功能于一体融合的研究方法研制智能化除草系统，以期提高除草精度和我国农业机械化水平。
关键字：除草；机械式；装备；现状；趋势Summarization of Field Weeding MachineryAbstract:The mechanical weed control in paddy field plays an important role in reducing herbicide control and organic rice straw weed control research and application. This paper collects and arranges the domestic and foreign research status of mechanical weeding equipment and technology in rice field, summarizes the weeding machinery which is convenient and widely used in the market nowadays, and analyzes the main technical core of weeding machinery. Combined with China's specific circumstances, should be multi-disciplinary multi-technology joint, agricultural and agricultural cooperation with the integration of multi-functional research methods in the development of intelligent weeding system in order to improve weeding accuracy and level of agricultural mechanization.Key words: Weeding; Mechanical; Equipment; Status; Trends0.引言稻田杂草与水稻争夺生长空间、肥料养分、光照、水、热等资源，影响水稻的生长发育，是造成水稻产量下降和品质降低的主要原因之一，每年由草害引起的水稻产量损失率在15%以上。
智能除草机器人
2
加精准地识别杂草和农作物。此外，随着5G等通信技术的发展，未来除草机器人还可能会实现远程操控和
自主学习，进一步解放人力
结论
总的来说，智能除草机器人的 出现为农业带来了巨大的变革
01
它们通过先进的传感器技术、
计算机视觉技术和路径规划算
02
法，实现了高效、准确的除草
未来，随着科技的不断发展，
04
我们期待智能除草机器人能够
智能除草机器人的工作原理
计算机视觉技术
计算机视觉技术是智 能除草机器人的"大 脑"，它能够处理和 分析传感器捕捉到的 信息。通过深度学习 算法，计算机视觉技 术可以训练机器人识 别各种类型的杂草， 并根据农作物的特征 进行精准的除草
智能除草机器人的工作原理
路径规划算法
路径规划算法是智能除草机器人的"灵魂"， 它能够根据农田的实际情况，为机器人规划 出最合适的除草路径。这种算法综合考虑了 农作物的分布、机器人的移动速度、电池寿 命等因素，以实现高效、准确的除草
为农业带来更加美好的未来
03
这不仅提高了农业生产的效率 和质量，而且降低了人力成本 和环境负担
-
THANKS !
01.
1
尽管智能除草机器人具有许多优点，但它们也面临着一些挑战。例如，如何提高机器人的续
航能力、如何处理复杂的农田环境、如何进一步提高识别准确率等问题。未来，科研人员还
需要在人工智能、机器人技术、农业工程等多个领域进行深入研究，以解决这些问题
02.
同时，随着科技的不断发展，我们可以预见未来会出现更加智能化、高效化的除草机器人。它们不仅会拥 有更高的移动速度和更长的续航能力，而且可能会具备更加先进的传感器技术和计算机视觉技术，能够更
农业机器人
14
农业机器人的发展趋势
农业机器人的技术发展趋势： (1)多模式识别。在农业机器人未来的应用中，应是以图像处理为主要 的信号处理方法，辅以其他识别方式，以提高农产品采集、识别的准确性。 (2)智能算法应用。随着模糊控制的不断发展，特别是像农业生产这样 难以建立合适数学模型的领域，通过控制算法的不断改进提高农业机器人的 工作效率。 (3)农业机器人的开放性。机器人控制系统应允许不同的设计人员与用 户对硬件与软件等部分进行二次开发与应用，且应当对农业机器人进行模块 化设计，根据不同的农业环境，以适应不同的工作要求，增加农业生产效率。
10
农业机器人的研究现状
国内研究现状
中国农业大学研发的黄瓜采摘机器人采用了双目视觉成像装置，主要针对温室环境作业，通过 对图像的采集、处理，达到对黄瓜的精确定位。其用来寻找果实的机械手也采用了先进的红外反射 式光电传感器。
11
农业机器人的研究现状
国内研究现状
西北农林科技大学研究的基于双目视觉及DSP的农田障碍物检测与路径识别
农业机器人
农业机器人是机器人在农业生产中的运用，是一 种可由不同程序软件控制,以适应各种作业,能感觉 并适应作物种类或环境变化,有检测(如视觉等)和演 算等人工智能的新一代无人自动操作机械。区别 于工业机器人，是一种新型多功能农业机械。农 业机器人的广泛应用，改变了传统的农业劳动方 式降低了农民的劳动力，促进了现代农业的发展。
1
农业机器人的应用现状
行走式 农业机器人
农业机器人典型案例
农业机器人典型案例
农业机器人是用于农业生产的自动化机器人，可以执行各种农业任务，如种植、施肥、除草、采摘等。
以下是一些农业机器人的典型案例：
1. 种植机器人：种植机器人可以使用机械臂将种子插入土壤中，并使用传感器来确定种植深度和间距。
这些机器人可以在不同的地形和气候条件下工作，提高了种植效率和一致性。
2. 施肥机器人：施肥机器人可以使用传感器来检测土壤的营养状况，并使用机械臂将肥料施加到需要的区域。
这种机器人的优点是可以根据土壤状况精确地施加肥料，减少了过度施肥或施肥不足的风险。
3. 除草机器人：除草机器人可以使用机械臂或喷嘴来去除农田中的杂草，同时避免使用化学除草剂。
这种机器人可以显著减少化学物质的使用，并保护环境。
4. 采摘机器人：采摘机器人可以使用传感器和机器视觉技术来识别成熟的果实，并使用机械臂将其采摘下来。
这种机器人可以显著提高采摘效率，减少人工采摘的成本和风险。
5. 无人机：无人机可以使用传感器和摄像机来监测农田状况，并使用喷嘴或药物投放装置来进行施肥、喷药等任务。
这种机器人的优点是可以在短时间内覆盖大片农田，提高作业效率。
以上是一些农业机器人的典型案例，它们的应用可以提高农业生产效率、降低成本、保护环境并提高农产品的质量。
随着技术的不断进步，未来将会有更多的农业机器人被研发和应用。
割草机器人工作原理
割草机器人工作原理引言：随着科技的不断发展，人们的生活水平不断提高，对于生活质量的要求也越来越高。
在过去，割草是一项枯燥乏味的任务，需要人们花费大量的时间和精力。
然而，随着割草机器人的出现，这项任务变得更加便捷和高效。
本文将介绍割草机器人的工作原理。
一、传感器系统割草机器人的工作原理首先依赖于其配备的传感器系统。
传感器系统主要包括以下几个方面：1.1 视觉传感器割草机器人通常配备了摄像头或激光雷达等视觉传感器，用于感知周围环境。
通过视觉传感器，机器人可以识别和判断障碍物、边界线以及草坪的形状和大小。
1.2 碰撞传感器为了避免与障碍物碰撞，割草机器人还配备了碰撞传感器。
碰撞传感器可以感知到机器人与物体的接触，一旦发生碰撞，机器人会立即停下来或改变方向，以避免进一步的碰撞。
1.3 坡度传感器割草机器人还配备了坡度传感器，用于感知地面的坡度。
通过坡度传感器，机器人可以判断草坪的坡度，以便在操作过程中做出相应的调整，保证割草的效果和安全性。
二、导航系统割草机器人的导航系统是其工作的关键。
导航系统主要包括以下几个方面：2.1 GPS定位割草机器人通常配备了全球定位系统（GPS），用于定位其所处的位置。
通过GPS定位，机器人可以在草坪上制定割草的路径，并确定其工作区域。
2.2 地图绘制在完成GPS定位后，割草机器人会通过传感器系统收集到的数据，绘制出草坪的地图。
地图绘制包括识别边界线、障碍物和其他地物等步骤，以便机器人在工作时能够避开障碍物，并按照预定路径进行割草。
2.3 路径规划根据绘制出的地图，割草机器人会通过路径规划算法确定最优的割草路径。
路径规划的目标是尽量降低机器人的移动距离和时间，提高割草效率。
三、割草系统割草机器人的割草系统是机器人最核心的部分。
割草系统主要包括以下几个方面：3.1 割刀装置割草机器人一般配备了割刀装置，用于割除草坪上的草。
割刀装置通常由多个旋转刀片组成，可以快速而均匀地割断草坪上的草。
园林割草机器人设计分析
园林割草机器人设计分析摘要：当前，在草坪上进行割草作业的机器人技术正朝着智能化、高效化的方向发展。
因此，本文以园林机械割草机的产品设计与优化为切入点，根据园艺机产品系列中的机械割草机的技术现状和发展趋势，结合企业的实际研究工作；从整机设计、软硬件协同开发、测试认证等几个方面进行了阐述。
关键词：园林机具割草机器人产品设计1园林割草机器人概述机器人割草机是一种具有机电一体化集成、定时启动、自动返回基站充电、躲避障碍物、感知雨水等功能的智能化机器人[1]。
在技术方面，目前比较成熟的有Friendlymachine公司的 Robomow、Zucchetti型号产品，AL-KO公司的Robolinho产品, WORX公司的Landroid产品等。
从市场角度看，国外的园林企业都已经看到了机器人割草机的发展，并进行了相应的布局。
苏州宝时得公司WORX品牌的 Landroid M/L系列是国内知名的园林工具制造商，凭借出色的产品设计和良好的性价比，成为欧洲市场销量最高的产品。
南京苏美达公司的Yardforce系列产品，凭借其卓越的价格优势，在欧洲市场的销量逐渐上升。
2园林割草机器人整机设计在园林割草机器人整机设计中，需要确定除草电机参数、前后车轮布局、传感器选型布局、行走电机参数、除草刀布局等；通过对除草机行走路径、充电站参数布置、人机交互界面参数布置等方面的研究，可以实现单片机的选择、割草机器人硬件、软件的设计[2]。
当前市场上的园林割草机器人主要有两种形式。
图1中所示的是由Husgvarna的圆形刀盘驱动刀片。
图2是一种多齿的整体式刀片，它是Robomow 的代表。
本文倾向采用圆刀盘带动用刀片方案。
理由如下：（1）根据 EN 50636-2-107:2015第20102.的规定，使用多齿的整体刀片必需按照传统的割草机要求，护置必须低于刀片平面3 mm以上，该条款使得产品结构设计有一定的局限性；（2）整体式刀片的安全性不高，在草坪上进行切割时，会对草坪造成很大的划痕，同时也会造成割草机器人刃口的损伤。
智能除草机器人
智能除草机器人在现代农业的发展进程中，科技的力量正以前所未有的速度渗透到各个环节。
其中，智能除草机器人的出现，无疑是一项具有重大意义的创新。
想象一下这样的场景：广袤的农田里，不再是农民们弯腰辛苦地除草，而是一个个小巧灵活的机器人在田间穿梭，精准地识别杂草并进行清除。
这不仅大大减轻了农民的劳动强度，还提高了农业生产的效率和质量。
智能除草机器人之所以能够实现高效除草，关键在于其先进的技术集成。
首先，它配备了高精度的图像识别系统。
这就像是机器人的“眼睛”，能够准确区分农作物和杂草。
通过对大量农作物和杂草图像的学习和分析，机器人可以迅速识别出杂草的特征，哪怕是与农作物极为相似的杂草也能准确辨别。
为了能够在复杂的农田环境中自如行动，智能除草机器人还拥有出色的运动控制系统。
它可以根据地形的起伏和农作物的分布，灵活调整自己的行走路线和速度。
遇到狭窄的田垄，它能小心翼翼地通过；面对泥泞的地面，它也能保持稳定不滑倒。
除草的方式也是多种多样的。
有的智能除草机器人采用机械除草的方法，通过小巧而锋利的刀具直接将杂草割断。
这种方式简单直接，但需要机器人具备精准的控制能力，以避免对农作物造成伤害。
还有的机器人则运用了化学除草的手段，不过这里的“化学”可不是盲目喷洒除草剂，而是在精准识别杂草的基础上，有针对性地进行微量喷洒，最大限度减少了化学药剂对环境和农作物的影响。
智能除草机器人的工作效率也是传统除草方式无法比拟的。
传统的人工除草，一个人一天可能也只能完成几亩地的工作。
而智能除草机器人可以日夜不停地工作，一天就能完成几十亩甚至上百亩地的除草任务。
这意味着农民可以在更短的时间内完成田间管理，为农作物的生长创造更好的条件。
而且，智能除草机器人的使用成本也在逐渐降低。
随着技术的不断进步和大规模生产，机器人的制造成本在不断下降。
同时，由于其高效的工作方式，长期来看，可以为农民节省大量的人力成本和时间成本。
智能除草机器人的出现，对于农业可持续发展也具有重要意义。
机器人在农业中的应用
机器人在农业中的应用近年来，随着科技的飞速发展，机器人技术得到了广泛应用。
在农业领域，机器人也开始发挥越来越重要的作用。
机器人的出现不仅提高了农业生产效率，也减轻了农民的劳动负担。
本文将探讨机器人在农业中的应用，并分析其带来的好处和挑战。
一、机器人在农田作业中的应用机器人在农田作业中有着广泛的应用。
首先，机器人可以进行土壤分析和作物观测，帮助农民了解农田的实际情况，合理制定种植方案。
其次，机器人可以进行植物喷洒和施肥，减少了农民的体力消耗，提高了施肥的准确度。
此外，机器人还可以进行除草作业和种子播种，使得农作物生长更加健康高效。
二、机器人在农产品采摘中的应用农产品采摘一直是农业生产中的一项繁重而繁琐的工作。
然而，借助机器人技术，这个问题可以得到很好的解决。
机器人可以通过视觉传感器和机械手臂等设备，精确地识别和采摘成熟的农产品。
机器人采摘不仅提高了采摘速度，也减少了因人为误伤而导致的浪费和损失。
此外，机器人采摘还可以减少农产品运输中的损耗，保持农产品的新鲜度。
三、机器人在农业信息管理中的应用农业信息管理对于农民来说是非常关键的。
机器人可以通过传感器和无人机等技术，实时监测农田的湿度、温度和光照等信息，并将这些数据传输给农民。
农民可以根据这些信息，及时调整灌溉和施肥的方案，提高农业产量。
此外，机器人还可以通过人工智能技术，为农民提供专业的种植建议和病虫害防治方案，帮助农民解决种植和管理中遇到的问题。
四、机器人在农业灾害防治中的应用农业灾害对于农民来说是一项常见的问题。
机器人可以通过无人机技术进行植被监测，及时发现病虫害和其他灾害问题，并进行预警和防治。
同时，机器人还可以进行农产品病虫害的灭除和灾区的清理工作，减少农民在灾害中的劳动负担。
机器人的应用可以提高农业生产的抗灾能力，保障农业的可持续发展。
五、机器人在农业发展中的挑战机器人在农业中的应用虽然带来了很多好处，但也面临着一些挑战。
首先，机器人技术的成本较高，增加了农民的投资成本。
农业机器人的具体介绍
农业机器人的具体介绍随着科技的不断发展，农业领域也开始引入了新的技术，其中农业机器人成为了农民们的得力助手。
农业机器人是一种能够自主完成农业生产任务的智能机器人，它能够代替人力完成农田作业，提高农业生产效率和品质。
农业机器人的主要功能包括种植作业、施肥喷药、采摘收割、除草除虫等。
首先，农业机器人在种植作业方面发挥重要作用。
它可以根据不同作物的生长需求，自动完成播种、移栽等工作，保证作物的良好生长。
其次，农业机器人能够自动进行施肥喷药操作，根据农作物的需求量和生长状态，精确地进行施肥喷药，避免了传统农业中的浪费和污染问题。
此外，农业机器人还能够自动进行采摘收割工作，提高农作物的采收效率和品质。
同时，农业机器人还可以利用先进的图像识别技术，自动识别和除去杂草和有害虫，保证作物的健康生长。
农业机器人的优势主要体现在以下几个方面。
首先，农业机器人能够完成重复、繁琐的农田作业，解放了人力，提高了工作效率。
其次，农业机器人能够准确控制施肥喷药的量和时间，避免了传统农业中的过量施肥和农药残留问题，保证了农产品的安全性和品质。
此外，农业机器人利用先进的传感器和控制系统，能够实时监测和调整作物的生长环境，提供了更好的生长条件，促进了作物的健康发展。
另外，农业机器人还能够精确识别和除去杂草和有害虫，减少了对农作物的伤害，提高了产量和质量。
最后，农业机器人的使用还能够降低农业生产的人力成本和劳动强度，提高农民的收入水平和生活质量。
然而，农业机器人在应用过程中还存在一些挑战和限制。
首先，农业机器人的成本较高，不是所有农民都能够负担得起。
其次，农业机器人的技术水平和可靠性还有待提高，特别是在复杂的农田环境中，机器人的操作和适应能力仍然存在一定的局限性。
此外，农业机器人的推广还需要相关政策的支持和规范，以保证其安全性和合法性。
农业机器人是农业领域的一项重要技术创新，它能够代替人力完成农田作业，提高农业生产效率和品质。
农业机器人的功能包括种植作业、施肥喷药、采摘收割、除草除虫等，优势在于解放人力、提高工作效率、保证农产品的安全性和品质、提供良好的生长环境、降低成本和劳动强度。
割草机器人调研报告
.割草机器人调研一国内外研究状况在欧美国家，城市中有大量的公园草坪、足球场草坪、高尔夫球场草坪等公共绿地以及一般家庭绿地需要进行维护。
为降低草坪维护作业的劳动强度，1997年，OPEI年会上第一次提出了智能割草机器人（Intelligent Robot Mower）的概念。
目前，国外市场上已经有了多款割草机器人产品。
以色列Friendly Machines公司设计的Friendly Robomow（见图1）是世界上第一批走进家庭和市场的割草机器人也是目前市场化最成功的智能割草机器人产品之一。
此外，还有意大利Zucchetti公司生产的Robo-Lawnmower（见图2，爬坡的坡度为27o~30o），其中型号为Line 300的机器人具有下雨时，自动回归充电站的功能；瑞典Electrolux公司生产的Husqvarna Auto Mower（见图3），该机器人驱动轮直径较大，有很强的爬坡能力，最大爬坡角度为35o；比利时Belrobotics公司生产的适用于大、中型草坪维护的Bigmow（见图4）。
据国内据报道，2007年2月，上海大学研发成功了割草机器人“kakamower”并准备于今年投入市场，预期售价为460美元左右。
以及在今年3月，昆山市金联塑料制品有限公司与浙江大学联合研发成功了割草机器人。
国内从事割草机器人研究的还有南京理工大学、江苏大学等。
图1 Friendly RL850 图2 Robo-Lawnmower图3 Auto Mower 图4 Bigmow下表列出了各种割草机器人的参数指标和价格。
.. 表1 各种品牌割草机器人参数指标及价格比较二割草机器人技术分析1 结构设计•设计要求：割草宽度：25 cm，割草高度：2-7cm（割刀距地面距离可调节）按功能分割草机器人的机械结构可分为驱动机械结构和割草机械结构。
1 驱动机械结构现有的割草机器人大多采用轮式机构驱动（也有采用履带驱动，很少）。
农业科技的农业机器人
农业科技的农业机器人农业是人类最古老的职业之一，随着科技的不断进步，农业也正在经历一场前所未有的变革。
近年来，农业机器人逐渐走进了人们的视野，并且在许多国家的农业生产中发挥着重要的作用。
这些机器人不仅提高了生产效率，也为农业的可持续发展提供了新的解决方案。
何为农业机器人农业机器人是指在农业生产中，利用自动化技术、人工智能、机器视觉等先进科技进行作业的设备。
它们可以执行诸如播种、施肥、喷 pesticide、收割等多种任务。
在全球范围内，各种农业机器人被研发出来，以满足不同地域、不同作物以及不同作业需求的要求。
农业机器人的主要类型农业机器人的分类众多，以下是一些主要的类型：1.种植机器人这种机器人能够帮助农民进行播种和管理作物，包括精准播种、监测土壤条件等。
2.施肥与喷药机器人利用传感器和数据分析技术，这类机器人能确保农田的肥料和 pesticide 施用量准确，从而减少对环境的污染。
3.收割机器人收割机器人可以精准地判断作物的成熟度，并在合适的时机进行收割，提高了收成效率。
4.除草机器人专为减少杂草而设计，这些机器人可以有效地识别目标植物和杂草，实现精准除草，减小化肥与 pesticide 的使用。
5.监测和评估机器人通过遥感和传感器技术，这些机器人能够实时监测作物的生长状况、土壤健康及气象变化，为农民提供决策支持。
农业机器人在现代农业中的优势1.提高生产效率农业机器人大幅度提高了各项农业作业的效率，能够持续工作而无需考虑疲劳的问题，减少了人力成本。
2.精确施作得益于传感器和数据分析技术，农业机器人能够更精确地进行施肥和喷pesticide，减少了资源的浪费与环境的污染。
3.创新解决方案面对气候变化、人口增长等挑战，农业机器人可以提供创新的解决方案，促进高度自动化的农业生产。
4.信息化管理通过大数据和物联网技术，农业机器人能够实时反馈田间信息，帮助农民做出科学的决策，促进农业的精准管理。
未来的发展及挑战尽管农业机器人具有诸多优势，但在推广应用过程中也面临挑战。
机器人技术在农业领域中的应用研究
机器人技术在农业领域中的应用研究一、引言随着科技的不断进步，机器人技术在各个领域的应用越来越广泛。
在农业领域中，机器人技术的应用也得到了越来越多的关注和研究。
本文将探讨机器人技术在农业领域中的具体应用以及其所带来的影响。
二、机器人在农业生产中的应用1. 农田管理机器人可以通过携带传感器和摄像头自动巡视农田，监测土壤湿度、温度和农作物生长情况。
通过获得实时数据，农民可以及时采取措施调整灌溉水量，施肥量等，提高农田管理的效率和质量。
2. 植物种植和采摘机器人可以进行种子的精确定植、施肥和浇水，有效地提高植物生长的效果。
在庄稼成熟后，机器人还可以自动采摘，并进行初步的分类和分拣。
这种机器人的应用，可以减轻农民的体力劳动，提高种植和采摘的效率，并减少人工损耗。
3. 害虫防治机器人可以携带喷雾器材，在农田中进行害虫防治。
通过识别特定的害虫和病虫害，机器人可以及时对其进行喷洒农药，以减少农作物的损失。
4. 农田作物除草机器人可以通过摄像头和传感器来识别杂草，执行除草任务。
相比于传统的人工除草方法，机器人可以更加高效地识别和消除杂草，并且可以减少对农作物的伤害。
5. 农产品包装和运输机器人可以进行农产品的自动包装和运输，减少人工成本，提高包装和运输的效率。
同时，使用机器人还可以减少产品在运输过程中的损坏情况。
三、机器人技术在农业领域中的影响1. 提高生产效率机器人在农业生产中的应用，可以减少对人力资源的依赖，提高生产效率。
机器人可以执行重复性和繁琐的工作，使农民能够将更多的精力和时间投入到其他更有价值的工作中。
2. 减少操作风险农业生产中存在各种风险，如化肥和农药使用不当可能带来的环境和健康问题。
机器人的应用可以减少这些操作风险。
机器人可以根据农田的具体情况进行智能施肥和喷洒农药，减少对环境和人体的污染。
3. 降低生产成本机器人的应用可以减少人力成本，提高农业生产的效益。
通过机器人的精确操作，可以减少农药和化肥的使用量，降低生产过程中的浪费。
农业机器人如何实现精准除草
农业机器人如何实现精准除草在农业生产中，杂草的生长一直是困扰农民的一个难题。
传统的除草方法，如人工除草和化学除草，都存在着一些局限性。
人工除草效率低下，成本高昂；化学除草则可能对环境造成污染，影响农产品的质量安全。
随着科技的不断发展，农业机器人的出现为精准除草带来了新的希望。
农业机器人实现精准除草的关键在于其能够准确地识别杂草，并采取有效的除草措施。
这需要依靠一系列先进的技术和系统来实现。
首先，传感器技术在农业机器人的精准除草中起着至关重要的作用。
常见的传感器包括视觉传感器、光谱传感器和激光传感器等。
视觉传感器可以通过拍摄图像来获取农田中的信息，就像我们用眼睛看东西一样。
然而，仅仅依靠普通的视觉图像，机器人可能难以准确区分杂草和农作物。
这时，光谱传感器就派上了用场。
它能够检测不同植物反射的光谱特征，因为杂草和农作物在光谱上的表现是有差异的。
通过分析这些光谱数据，农业机器人可以更准确地判断哪些是杂草。
激光传感器则可以测量植物的高度和形状等信息，进一步辅助机器人进行杂草的识别。
有了传感器收集到的信息，接下来就需要强大的图像处理和数据分析能力。
农业机器人会将传感器获取的图像和数据传输到内置的计算机系统中，通过专门的算法进行处理和分析。
这些算法就像是机器人的“大脑”，能够从复杂的信息中识别出杂草的特征，并与农作物的特征进行对比，从而准确地确定杂草的位置和范围。
在确定了杂草的位置后，农业机器人需要选择合适的除草方式。
常见的除草方式包括机械除草、激光除草和电击除草等。
机械除草是较为传统的方法，农业机器人可以通过安装类似小型锄头或刀具的装置，直接铲除杂草。
这种方式简单直接，但需要精确的控制，以避免伤害到农作物。
激光除草则是一种较为新颖和高效的方法。
农业机器人搭载的激光设备可以发射出高能量的激光束，瞬间将杂草烧死或切断。
由于激光的准确性极高，可以精确地瞄准杂草，而不会对周围的农作物造成损害。
电击除草则是利用电流来杀死杂草。
智能割草机器人的研究综述
智能割草机器人的研究综述第29卷第4期2007年7月机器人ROBOTV o1.29,No.4July,2007文章编号:1002-0446(2007)04-0407—10智能割草机器人的研究综述丛明,金立刚,房波(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁大连l16023)摘要:分析了国内外智能割草机器人的研究现状.讨论了智能割草机器人在机械结构,传感系统和路径规划算法等方面的现有研究方法.指出了智能割草机器人研究中存在的问题.最后,展望了智能割草机器人的发展方向.关键词:智能割草机器人;机械结构;感应系统;控制系统;路径规划算法中图分类号:TP24文献标识码:AIntelligentRobotMowers:AReviewCONGMing,JINLi—gang,FANGBo(KeyLaborator?/forPrecn8ndNon.tr口d'M.chingTechnnkgyMtEduc毗∽DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China)Abstract:Thispaperanalyzesthestateoftheartofintelligentrobotmowers,anddescribesthec urrentapproachesforin—telligentrobotmowersintermsofmechanism,sensingsystemandpathplanningalgorithm.E xistingproblemsinthefieldofintelligentrobotBowel'sarepointedout.Finally,futuredevelopmenttrendofintelligentrobo tmowersispresented.Keywords:intelligentrobotmower;mechanicalstructure;sensingsystem;controlsystem;p athplanningalgorithm1引言(Introduction)随着经济的发展,各国城市建设逐渐深化,城区的绿化程度也随之提高,大量的公园草坪,足球场草坪,高尔夫球场草坪等公共绿地均需要进行维护.在各种草坪维护作业中,以草皮修剪工作最为繁重,不仅枯燥,而且重复性强,通常需要消耗大量的人力和物力¨j.为了降低草坪维护作业的劳动强度,近年来一些西方国家提出用现代电子技术和智能控制技术来改造和提升草坪机械产业的战略,并于1997年的OPEI(OutdoorPowerEquipmentInstitute)年会上, 第一次提出了智能割草机器人(IntelligentRobot Mower,IRM)的概念,希望在不久的将来用智能割草机器人取代传统的割草机.智能割草机器人是集环境感知,路径动态规划和行为控制等多种功能于一体的综合机器人系统, 与传统的草坪修剪机械相比,智能割草机器人更具有优势:第一,智能割草机器人可自主工作.传统的割草机自动化程度比较低,需要人工操作,而智能割草机器人内部搭载了高速微处理芯片,能结合传感器信收稿日期:2006—08—31息自行识别外部的工作环境并进行作业,不需要或者仅需要少量的人工干预.第二,智能割草机器人具有较高的安全性.智能割草机器人采用了传感单元和控制系统,与人工操作传统割草机相比,智能割草机器人的灵敏性更强, 检测范围更宽,精确度也更高,并且不会带来因疲劳而造成的意外事故.此外,智能割草机器人还可以根据不同条件按一定的策略控制自身的各个元件,来最大程度地降低伤害的可能性,如:当车体倾翻时, 停止割草刀片的运行等.第三,智能割草机器人更利于环境保护.传统割草机的割草机构主要通过内燃机和蓄电池驱动.采用内燃机供能时,会产生高分贝的噪声和燃烧不充分的废气,这将严重影响操作者及周边人员的身体健康;采用蓄电池供能时,虽然能降低污染,但受电池电量及体积的限制,在割草过程中需要操作者往返多次进行充电,降低了实用性.而智能割草机器人由于采用了自动控制系统,能返回预定地点而不需要人工干预,所以智能割草机器人采用清洁的电能时,不会带来额外的劳动量.并且,由于智能割草机机器人2007年7月器人具有体积小,重量轻和所需功率小等特点,在阳光充足的地区,完全可以采用太阳能电池作为动力源,更能体现其低污染的优势.当然,割草机器人也存在一些需要改进和完善的不足之处.比如,为了适应不同类型草坪的割草任务,智能割草机器人的机械本体结构还需要进一步的优化;由于智能割草机器人在户外非结构化的空间中工作,其控制能力和安全性还有待于提高;需要研究基于无线网络和移动电话通讯网络的智能割草机器人远程通讯技术等.2研究现状(Stateoftheart)最早的割草机器人大约诞生在第二次世界大战结束之后(20世纪50～60年代左右),受时代的影响,大量的军工技术开始转向民用领域,极大程度地带动了家庭生活的自动化.图1为摘录于互联网的早期割草机器人产品,日期不详,虽然图中的机器人并不具有智能性,仅能依靠人工遥控进行作业,但却为以后智能割草机器人的发展提供了一定的基础.图1早期的割草机器人Fig.1Earlyagemowerrobot割草机器人智能化的研究建立在智能控制领域逐渐发展的基础上,微型处理器的研制成功又使得利用小体积,低功耗控制器进行运动控制成为可能, ,在最近的二十年里,不同种类的智能割草机器人相继问世,它们大多性能相近,能自动割草,同时具有定时启动,自动充电等辅助功能.割草机器人的智能性主要体现在其自主工作的能力上:低智能的割草机器人只依据设定的轨迹进行工作,不具备动态分析外部环境的能力,当在路径上遇到障碍物时停止, 等待障碍物离开后再继续运行或请求人工协助绕开障碍物;中等智能的割草机器人则依照某种策略绕过障碍物,但不能保证完全覆盖除障碍物以外的其他所有区域,剩余未割草坪由人工修整;高智能的割草机器人能直接建立工作区间的地图,具备路径自主规划和决策的能力,无需任何外部因素干预即可实现割草区域的完全遍历.由于割草机器人属于民用领域,总会受到制造成本的约束,往往并不能采用昂贵的定位和视觉处理设备来保证其高智能性,因此目前所见到的割草机器人大多处于中等智能水平到高等智能水平的过渡阶段.2.1国外研究现状国外对智能割草机器人的研究已有十多年的积累,并取得了一定成果,从事研究的单位既包括公司企业和大专院校,也有机器人爱好者团体和个人.在欧洲和北美等草坪拥有量高的西方发达国家,已将智能割草机器人作为产品在市场上销售,但基本上都属于中等智能水平;在美国,草坪业已经成为其十大支柱产业之一,为了促进智能割草机器人的研发, 从2004年起每年都要举行一次自动割草机器人比赛(AnnualAutonomousLawnmowerCompetition)[5.6J,目的在于实现智能割草机器人的全自主运行.图2FriendlyMachines公司的Robomow(RLIO00) Fig.2Robomow(RL1000)ofFriendlyMachinesCorp图3早期的RobomowFig.3EarlierageRobomowFriendlyMachines公司设计的FriendlyRobo—mow[(如图2,图3所示,图2为最新型号,图3为早第29卷第4期丛明等:智能割草机器人的研究综述期型号)是目前市场化最成功的智能割草机器人产品之一.该机器人(RLIO00)重约22kg,体积为89cm ×65cm×31.5cm,驱动电源为两枚24V,17Ah的免维护铅酸电瓶.Robomow采用三轮小车为本体,后轮用两个不同的直流电机驱动,前轮为起导向作用的万向轮,前端搭载了3个150W的高速电机控制割刀,能形成宽53cm左右的切割区域,Robomow割刀的最大特点是可将割下来的草茎粉碎成3mm以下的碎草沫,形成天然的肥料再释放回草坪中去,其具体结构参见图4.图4Robomow的底部结构Fig.4BottomofRobomowRobomow具备自主充电能力,每次充电大约可工作2.5～3h,能覆盖500m.左右的草坪,同时还具备防偷盗的辅助功能,部分型号还可以进行遥控操作.在Robodlow割草前,使用者需要用电缆将草坪边界,静止障碍物以及机器人不能进人的区域围起来(图5中的①),形成待工作区域,Robomow通过感应电缆中的电信号进行导航.当Robomow(图5中的②)探测到电缆后会反向运行,然后转过相应角度后正向运行,再次检测到电缆后重复以上过程,反复迂回运行于事先设定好的范围内.非电缆确定的障碍物(图5中的③)通过超声波传感器检测并简单绕行,但不能保证工作区域的全部遍历.Robomow的主要传感器为一个位于前端的超声波传感器以及一组排列在车体外缘的接触开关.其他的智能割草机器人产品也都与Robomow的工作原理类似,虽各有特色,但都是利用埋信号电缆的方式划定工作区域.图6为意大利Zucchetti公司生产的AmbrogioRobo—Lawnmower,体积为57×42 ×26ClTI.,采用了四轮结构,后两轮为驱动轮,前端为两个导向轮,支持锂电池,铅酸电瓶和自动充电,每次充电工作时间大约为2h,虽然它较Robomow要小一些,但却能支持3000m左右的草坪,割刀高度的调节范围为20～70mm.AmbrogioRobo—Lawnmower 最大的特点是带有雨水传感器和留有互连网接口.雨水传感器可以让机器人感知外界的天气变化,当下雨时自动返回到安全地点,以防止内部电路因潮湿而受损.互联网接口可为机器人提供远程服务,如进行远程故障诊断以及机器人内部软件远程升级等.此外,Zucchetti公司的产品还有Oscar割草机器人,如图7所示,它的性能指标和AmbrogioRobo—Lawnmower基本类似,区别在于Oscar型割草机器人体积更小,更适合于小型家庭草坪的修剪任务.图5Robomow的工作原理Fig.5HowdoesRobomowworks图6Zucchetti公司的AmbrogioRobo—Lawnmower Fig.6ZucchettiAmbrogioRobo—Lawnmower图7Zucchetti公司的Oscar(在充电仓内)Fig.7ZucchettiOscar(insidethecharger)4l0机器人2007年7月瑞典Electrolux也是比较早涉足割草机器人相关产品开发与研制的公司之一,图8为该公司生产的HusqvarnaAutoMower割草机器人.图8Electrolux公司的HusqvarnaAutoMowerFig.8ElectroluxHusqvarnaAutoMowerAutoMower割草机器人重约8.6kg,体积为71×60X26cm,支持自动充电,单次充电割草面积约为1800m,依靠一枚l8V,22Ah的智能锂电池供电.与wnmower类似,AutoMower采用了四轮结构的驱动,后两轮差动驱动,前两轮为万向导向轮.在AutoMower割草机器人上,Electrolux还采用了更多的适合于草坪切割作业的设计:带有齿状突起的大尺寸驱动轮可驱动AutoMower更可靠地在粗糙的草坪上行驶;AutoMower机器人外壳采用整体悬挂的安装方式,可以迅速捕捉到任何对外壳的碰撞信号;割草高度可直接通过机器人顶部调节等. 在Electrolux公司的Husqvarna品牌下,还有其他型号的智能割草机器人,功能上跟AutoMower基本类似,主要差别是在外形,最大爬坡角度,电池类型和驱动轮直径等方面.图9为Husqvarna另一型号的AutoMower,图l0为配备有太阳能电池板的HusqvarnaAutoMowerJ0].图9另～种型号的HusqvamaAutoMower¨g.9AnotherversionofHusqvamaAutoMower比利时Belrobotics公司生产的Bigmow是一种适用于修剪中型及大型草坪的割草.器人,见图11. Bigmow重约48kg,体积为120×120×50cm,通过一个24V,l5Ah的镍铬充电电池供能.Belrobotics公司还采用了24V的无刷直流电机和直径达450mm的驱动轮,以及5个24V,3200r/min的切割电机,使其更合适在大面积的草坪上作业.图l0带有太阳能电池板的HusqvamaAutoMower Fig.10HusqvarnaAutoMowerwithsolarcells图11Belrobotics公司的BigmowFig.11BelroboticsBigmow图l2俄亥俄大学的智能割草机器人Fig.12OhioUniversity'Sintelligentrobotmower除上述公司外,还有很多院校以及科研机构都积极展开了智能割草机器人的研究.图l2为美国俄亥俄大学研制的智能割草机器人样机.该机器人的整体框架为铝合金,利用两个直流电机驱动,速度约为16km/h,它共使用了3个微处理器,1个陀螺仪,支持远程控制和自动运行.机器人的导航系统的核心为差分全球定位系统(DifferentialGlobalPositio—ningSystem,DGPS),能精确地跟踪机器人在工作区第29卷第4期丛明等:智能割草机器人的研究综述411 间的位置¨.与传统的全球定位系统(GlobalPositio—ningSystem,GPS)相比,差分全球定位系统能将全球定位系统的信号通过已经精确测定位置的基准台再次修正,有效地削弱了各种误差,具有更高的精度,十分适合户外移动机器人的定位¨.凭借该机器人的出色表现,俄亥俄大学在2004年及2005年连续两次获得导航研究所年度自动割草机器人竞赛(Insti—tuteofNavigation'SAnnualAutonomousLawnMower Competition,ALMC)的冠军.其他参与比赛的还有伊利诺斯理工学院(I1T)和俄亥俄州迈阿密大学(MUO)等学校,其中liT的代表队获得了2005年自动割草机器人竞赛的亚军,而MUO的代表队则是2004年首届该竞赛的亚军.图13和图14分别为各个代表队的参赛样机.IIT的割草机器人采用了分体式设计,由中央移动单元和电动割草机两部分构成. 中央移动单元包括了运动及运动控制系统,传感系统,导航系统和电源,电动割草机紧固在中央移动单元上,接受控制命令及电源.MUO的割草机器人则采用了双能源的设计,割草机构通过汽油引擎驱动,而移动部分依靠电瓶驱动,电瓶可通过汽油引擎进行充电..图13liT的割草机器人Fig.13liT'srobotmower图14MUO的割草机器人Fig.14MUO'srobotmowerLawnNibbler(如图15)割草机器人是由佛罗里达大学机器智能实验室开发的,目前已经进入到了第3代的研究,主要的研究领域是实现具有自主学习能力的智能割草机器人,比如通过学习自动识别花,宠物等障碍和学习全区域覆盖策略等方面.图15佛罗里达大学的LawnNibblerFig.15FloridaUniversity'sLawnNibbler图16NREC的自动割草机Fig.16NREC'sautonomousmower针对大型高尔夫球场地草坪的修建,卡耐基?梅隆大学机器人研究所的国家机器人工程中心设计了一种大型的智能割草机器人,如图16所示,该机器人是由大型载人割草机改装而成的,添加了影像识别系统,中央控制计算机和全球卫星定位系统等自动化设备,实现了真正意义上的高效自动割草作业.2.2国内研究现状国内对于割草机器人的研究起步时间较晚,参与该领域的研究单位也比较少,但仍取得了一定的成果.南京理工大学机械学院设计了MORO型移动割孳机器人..''..见图17),并成功开发出了MORO—I,MORO—II等若干型割草机器人样机.南泉堙工大学412机器人2007年7月对割草机器人的总体设计(见图18),路径规划,避障,定位系统,控制系统等从理论上进行了较全面的讨论并提出了一种廉价实用的总体方案,还根据机器人动力学方程推导出驱动力矩的计算公式,为电机选择,控制系统硬件电路主要元器件参数选择提供了计算依据,为进一步深入研究割草机器人打下了基础.MORO型移动割草机器人的主要导航设备为驱动轮编码器和磁航向传感器,能自动生成无信标边界并在内进行全区域覆盖行走.该机器人的体积约为80X51x40cm,重约50kg,刀片的转速高达5000r/rain,适用于大面积草坪的修剪工作.此外,南京理工大学还将机器人领域的前沿技术引用到割草机器人上来,如基于Internet的机器人控制技术和太阳能草坪割草机关键技术18,19]等.图17南京理工大学的MORO移动割草机器人Fig.17MOROmowerrobotofNanjingUniversityofTechnology 图18MORO的机构简图Fig.18MORO'sframe图19江苏大学的割草机器人结构简图Fig.19MowerrobotofJiangsuUniversity与其他轮式割草机器人不同,江苏大学研制了一种履带式割草机器人,具有GPS定位导航的功能,能高效高速地进行作业,适用于大面积的草场区域.该机器人由两部分组成,一部分为广茂达公司生产的AS.RF履带式机器人,另一部分为自行设计的割草机台.此外,江苏大学还针对不同的草坪给出了合理的切割高度,这为割草机器人的研究提供了重要的依据.3研究方法(Researchapproaches)虽然割草机器人的研究平台有很多,国内外的科研机构在此领域也做出了大量的工作,并有部分的产品投放市场,但其中很多并没有达到完全自主运行的条件,割草的效果也不是十分理想,因此割草机器人的研究仍处于起步阶段0.但可以肯定的是,在众多科学家的共同努力下,近几十年来的积累已为割草机器人的研究形成了一整套的研究方法,具体体现在机械结构,传感系统和路径规划算法等几个方面的理论,对这些理论进行深入细致的研究能进一步促进割草机器人.f}勺发展J.3.1割草机器人的机械结构割草机器人的本体包括割草机器人车架体,车轮,减速器,驱动电机,蓄电池,传感系统,控制系统和割草机构等主要部分.对割草机器人进行合理的机械结构设计能为割草机器人在运行时提供可靠的稳定性,安全性和灵活性.整个割草机器人的机械结构又可分为两个方面:割草机器人的驱动机械结构和割草机器人的割草机构.3.1.1驱动机械结构设计割草机器人属于户外移动型机器人,针对该类型的机器人有各种驱动方案可供参考.根据户外移动型机器人的工作特点,文[23],[24]和[25]对户外自主移动机器人平台的驱动方案进行了详细的讨论.在文[23]和[24]中指出,户外移动机器人的运动方式有轮式,履带式和足式等多种.轮式和履带式驱动方式适用于较平整路面,而足式驱动方式适用于特殊的,条件相对恶劣的环境,也有的移动机器人为了适应各种路面将这几种驱动方式混合使用.割草机器人一般工作在条件较好的草坪上,结合其他工作要求,割草机器人大多选用轮式驱动方式.在文[25]中,又指出轮式驱动方式根据轮子数目又分三轮,四轮和六轮等几种.三轮方式结构比较简单,能够满足一般需要,应用也比较广泛,如图20中的(a),(b).四轮方式的稳定性好,承载能力比较大,但第29卷第4期丛明等:智能割草机器人的研究综述4l3 结构相对复杂,如图20中的(c),(d).六轮方式与四轮方式类似,具有更高的承载能力,稳定性和柔性,多用于未知环境的探测,如月球车和火星车等.根据转向方式的不同,轮式驱动方式又可分为铰轴转向式和差动转向式两种.铰轴转向式如图20中的(a),(c)所示,转向轮装在转向铰轴上,转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴从而控制转向轮的转向.差动转向式如图20中的(b),(d)所示,在车体两侧的驱动轮上装有不同的控制电机,通过两轮的速度比来实现车体的转向,在该情况下,非驱动轮应为自由的万向轮.在割草机器人中,这些机械结构均有采用,其中最典型的是三轮差动的驱动方式.该方式的优点是结构简单,运动灵活和能实现零半径转弯等,缺点在于实现两电机同步转动对电机的同轴度和控制系统的精度要求比较高.(b)(c)(d)图20移动机器人驱动方式的选择Fig.20Drivingmodeselectionofmobilerobot为了实现割草机器人预定的工作要求,还需要对割草机器人运动学的模型进行分析和讨论,以指导机械设计的过程,割草机器人的运动学模型也为割草机器人的仿真和路径规划提供了数学基础.本文将给出三轮差动这一典型割草机器人驱动模式的运动学模型.如图21所示,万向轮只对机器人起支撑作用,其对车体系统数学模型的影响可以忽略.以下为涉及的参数:图21车体系统运动学模型Fig.21Kinematicmodelofthevehiclesystemy[X,Y]:驱动轮轴心:智能机器人的角速度L:左驱动轮的速度:右驱动轮的速度:两个驱动轮间的距离车体的运动学模型:㈩』=(R+L)/2(2)【=(R一L)/L(1)式和(2)式相加得:r=cos=[(R+L)costh]/2{Y=vsinth=[(R+UL)sinth]/2(3)【击,:假设时间域为[0,t],各个变量的初始值分别为:,y,th,.,Yo,.,则(3)式的定积分公式为::.+旦dy:+d￡(4)=.+d￡将时间域[0,t]划分成足够小的子区间[0,t],414机器人2007年7月[t,t],…,[t一,t一],[t,t],每个区间作为一个控制周期.在每个时间区间[t一1,t],k=1,2,…, n,t.=0里,智能割草机器人运动学模型的定积分公式为::一+;f"(+)df一'k一1y㈩咖_l+.3.1.2割草机构设计割草机构是智能割草机器人的终端执行机构,用来进行草坪修剪作业,割草机构的设计直接关系到割草机器人性能.文[26]和[27]详细讨论了割草刀片在高速旋转时所产生气流的流场,分析了刀片运行时的模态,不平衡离心力和动态响应等参数.分析的结果为进行割草机器人的刀片及割草机构设计提供了重要的依据.文[21]和[28]提出了常见草坪的合理修剪高度,设计了具有高度调节功能的割草机台,同时该割草机台还设置了出草通道,以免发生草屑堵塞.设计割草机构时应当综合考虑实际需求.为了降低传统割草机的噪音和废气污染,割草机构的驱动能源多为电能,这就要求割草刀片在工作时尽量不要发生卡死,锁紧等现象,以避免烧毁电机及驱动电路.由于割草刀片处于高速运转状态,还应考虑刀片及电机的散热问题.此外,家庭用割草机器人要特别注意刀片的安全性,应严格依照文[29]设计,充分考虑潜在的危险,以使其对人体及其他动物的伤害降至最低.3.2传感系统割草机器人属于典型的户外移动机器人,工作时将处于非结构化空间内.割草机器人要检测固定的和移动的障碍物,获取自身的运行参数(如坐标,方向,速度和加速度等信息),用于判断潜在的危险,并决定相应的对策.因此,割草机器人必须具备一个完备的传感系统.由于户外移动机器人技术已有多年的经验积累,所以很多成熟技术可供割草机器人采用.另外,一些正在发展的新技术也逐渐引入到割草机器人领域中来.通常,割草机器人装备的传感器有超声波传感器,红外线传感器,视觉传感器,金属探测器,光电码盘和人体热释传感器等.超声波传感器的探测范围为10cm～3m,红外线传感器的测试范围为5mm～80cm,由于都属于反射式距离传感器,将两者结合可以测量机器人与障碍物之间的距离.值得指出的是, 在户外环境工作时,超声波的速率往往会受到温度的影响,因此暴露于户外的超声波传感器需要利用温度传感器对输出的结果进行补偿,在文[32]中指出了一种高精度超声波传感器的数据补偿方法.视觉传感器也可作为测距元件,但与其它测距传感器相比,视觉传感器还能识别各种复杂的移动物体(包括人和车辆等),建立工作空间模型,更能让遥控操作变得更直观,但是视觉传感器要与图形处理算法结合才更有效.文[33]就介绍了一种割草机器人的视觉算法,用于生成工作区域地图和检验割草效果. 在利用埋入地下的金属导线作为工作区域界限标识的情况下,采用金属探测器进行边界检测.光电码盘可检测割草机器人的运行速度,加速度及角加速度等参数,利用这些信息可实现机器人运动的闭环控制.人体热释传感器是通过接收人体释放的热量对行动的个人进行识别的元件,通过特殊的调节还可用于动物的识别.随着科技的发展,一些先进的导航技术也正逐渐延伸到民用机器人领域.例如,文[34]中的割草机器人的传感系统采用了GPS技术,通过检测卫星的信号来确定割草机器人在工作区间中的具体位置. 文[35]中更是利用添加基站的DGPS技术提高了割草机器人在工作区间内的定位精度.值得注意的是,这些采用外界定位系统辅助的割草机器人都需要搭载网络通讯设备,已经超出了传统的单机机器人的概念.另外,一些高端的玩具和模型上使用的感测元件也可以应用在割草机器人上,如电子罗盘,惯性计和多通道遥控平台等,这些元件由于产量相对较大,成本也相应低一些,替换起来也很方便.总之,在设计割草机器人传感系统时应当充分考虑预算,实际需求和工作状况等条件,使整个系统达到最优配置. 3.3全区域覆盖路径规划为了实现割草机器人的预定功能,需要对割草机器人的路径进行全区域覆盖规划.所谓全区域覆盖路径规划(CompleteCoveragePathPlanning,CCPP)是指对机器人的路径进行规划,使其完全覆盖工作环境中所有无障碍的区域l3.根据不同的策略,全区域覆盖路径规划又可分为随机路径规划和非随机路径规划两种.其中,基于环境地图的全区域覆盖路径规划是割草机器人路径规划中的研究重点和难点.第29卷第4期丛明等:智能割草机器人的研究综述4l5 采用随机移动路径规划的机器人不需要对环境有预先的了解,公平对待整个区域,主观上不愿意遗漏对任何局部区域的覆盖.文[36]采用的方式是让机器人直线行进,当机器人遇到障碍物时向后随机转一个角度,然后继续直线进行.由于该规划方式不需要特殊的算法,实现非常简单,更不需要机器人附加特殊的导航设备,所以在市场化的割草机器人产。
农业机器人简介介绍
发展历程与趋势
发展历程
农业机器人技术经历了从传统农业机械向自动化、智能化的发展过程，随着传 感器技术、人工智能等技术的不断进步，农业机器人的应用范围和功能也在不 断拓展。
趋势
未来农业机器人将朝着更加智能化、自主化、多功能化的方向发展，同时将更 加注重环境保护和可持续发展，为农业生产带来更加广阔的发展前景。
02
农业机器人的应用场景
种植领域
种植管理机器人
负责种植前的土地翻耕、播种、施肥、灌溉等作业，提高种 植效率，减少人力成本。
植保机器人
用于植物保护，如喷药、除草等，有效降低农药使用量，减 少环境污染。
养殖领域
自动化养殖机器人
负责动物的饲养、喂食、清扫等作业，提高养殖效率，降低动物疾病发生率。
挤奶机器人
02
政府将加大对农业机器人的投入 ，提高农业生产的自动化和智能 化水平，促进农业可持续发展。
市场需求与增长
随着人口老龄化和劳动力短缺问题的 加剧，农业机器人市场需求将不断增 长。
随着人们对食品安全和环保意识的提 高，农业机器人将在有机农业、绿色 农业等领域得到广泛应用。
对人类社会的影响
1 2 3
根据应用领域和功能的不同，农 业机器人可以分为种植机器人、 施肥机器人、除草机器人、采摘 机器人等。
工作原理与功能
工作原理
农业机器人通常采用传感器、控制器 和执行器等技术，通过感知环境信息 、分析数据、制定决策和执行动作等 步骤，完成农业生产任务。
功能
农业机器人具备高效、精准、适应性 强等特点，能够提高农业生产效率、 降低劳动成本、改善农业生产环境， 为农业生产带来革命性的变化。
提高农产品质量
精准控制
农业机器人可以实现精准 施肥、喷药等作业，降低 农药残留和化肥使用量， 提高农产品质量安全。
机器人在农业领域的应用情况及效益分析
机器人在农业领域的应用情况及效益分析随着科技的不断进步和发展，机器人逐渐在各个领域得到应用，农业领域也不例外。
机器人的应用为农业生产带来了许多好处，本文将对机器人在农业领域的应用情况及其效益进行分析。
一、机器人在农业生产中的应用情况1. 智能化播种机器人智能化播种机器人利用先进的传感技术和图像处理技术，能够根据农田的实际情况自主识别作物的位置，并精确地进行播种。
相比传统的人工播种方式，智能化播种机器人具有播种速度快、准确度高等优点，可以大大提高农业生产的效率。
2. 自动化除草机器人自动化除草机器人可以利用视觉识别技术判断作物和杂草的区别，并自动识别和除去杂草。
它能够定时进行作业，减少人工除草的成本，同时还可以减少对环境的污染，提高作物的产量和质量。
3. 农业无人机农业无人机配备了高清相机、红外线传感器等设备，可以对农田的土壤、作物生长情况进行全面的监测和调查。
通过无人机的航拍和数据处理，农民可以及时了解到作物的健康状况、土壤的水分含量等信息，从而更好地管理农田并采取相应的措施。
4. 自动化收获机器人自动化收获机器人可以通过图像识别和机械臂控制等技术实现对水果或蔬菜的自动采摘。
它可以根据作物的成熟度进行判断，并且能够确保采摘的精确度和速度，减少人工劳动的成本，提高农产品的品质和产量。
二、机器人在农业领域的效益分析1. 提高生产效率机器人的应用可以实现农业生产的自动化和智能化，减少了对人工劳动的需求。
相比传统的农业生产方式，机器人能够在短时间内完成大量的工作，大大提高了农业生产的效率。
2. 减少劳动成本机器人可以替代部分人工劳动，减少了农民的人工成本。
尤其对于一些重复性劳动和繁重劳动来说，机器人的应用更能显著地减少劳动强度，提高工作效率，同时还能够降低农民的劳动风险。
3. 提高农产品质量机器人的应用可以精确控制作业过程，减少了误操作和人为因素对农产品质量的影响。
无论是播种、除草还是收获，机器人都能够保持一致的动作和力度，提高了农产品的品质和口感。
割草机器人调研报告
割草机器人调研报告
1、割草机器人研究背景
割草机器人是一种新型的农业机器人，主要用于帮助农民完成割草等
农业作业。
它具有自动化、智能化、劳动密集型等特点，可以大大提高农
业作业的效率，减轻农民的体力劳动。
近几年随着科技的发展，割草机器
人出现在市场上，开始被农民广泛应用，因此，本研究的目的就是探讨割
草机器人的发展情况以及未来的发展趋势。
2、割草机器人市场
现有市场上的割草机器人一般分为两类：一类是电动割草机器人，其
主要使用电能，它可以在较短的时间内大面积连续性地进行割草切割；另
一类是柴油割草机器人，它具有较高的动力性、高效性和同时完成多种任
务的能力，适合于大面积的割草和修剪操作。
市场上的割草机器人价格不等，价格也呈现出梯度变化，一般电动割
草机器人的价格在几千元到几万元不等，而柴油割草机器人的价格则在几
万元到几十万元不等，高端割草机器人的价格可以达到上百万元。
3、割草机器人技术发展
目前割草机器人的技术主要集中在智能化、自动化和可扩展性等方面。
关于发明创造的故事50字
关于发明创造的故事50字篇一：《我的超级除草机器人发明之旅》我一直特别讨厌在花园里除草，那是个又累又无聊的活儿。
有一次，我在花园里忙乎了大半天，累得腰酸背痛，还被那些调皮的杂草弄得满手是泥。
我就想啊，为啥没有个东西能帮我除草呢？我把这个想法告诉了我的好朋友阿强。
阿强一听，眼睛一亮，说：“嘿，这可是个好主意啊！咱们可以搞个发明。
”于是，我们就开始了这个伟大的计划。
我们先是在我的小仓库里翻箱倒柜，找出了一堆废旧的零件。
有从旧收音机上拆下来的电路板，还有一些不知道哪来的小齿轮。
我看着这堆东西，有点发愁地说：“阿强啊，就这些东西，能搞出个除草机器人？”阿强却满不在乎地摆摆手：“怕啥，咱这叫废物利用，环保又省钱。
”我们开始设计草图。
阿强画得歪歪扭扭的，我在旁边看了直笑。
我说：“你这画的啥呀，机器人看起来像个畸形的大土豆。
”阿强不服气地说：“你行你上啊。
”我拿过笔，认真地画了起来，边画边给阿强解释每个部分的功能。
接下来就是组装了。
这可不容易，那些小零件就像调皮的小精灵，总是不愿意乖乖待在它们该在的地方。
有一次，我在安装一个小齿轮的时候，不小心被它夹了一下手指，疼得我直跳脚。
阿强在旁边笑得前仰后合，还说：“你咋这么笨呢。
”我没好气地说：“你还笑，有本事你来装。
”经过好几天的努力，我们的除草机器人终于有点模样了。
我们把它推到花园里进行测试。
我紧张地按下启动按钮，机器人缓缓地动了起来。
可是，没走多远，它就突然不动了。
阿强赶紧跑过去查看，原来是一根电线松了。
阿强一边接电线一边嘟囔：“这破玩意儿，还得好好改进。
”我们又对机器人进行了一系列的调整。
再次测试的时候，嘿，这家伙就像一个勤劳的小园丁，在花园里快速地移动着，把杂草都清理得干干净净。
我高兴得跳了起来，对阿强说：“哈哈，咱们成功了，以后再也不用辛苦除草了。
”阿强也咧着嘴笑：“是啊，咱们这发明可太牛了。
”从那以后，我们的除草机器人就在花园里大显身手，周围的邻居们看到了，都纷纷竖起大拇指，这让我们特别有成就感呢。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关于除草机器人的综述摘要：随着农业生产的快速发展，农业生产技术急需发展，各种人工的生产已经不能满足需要。
随着各种科学技术的发展，在大田除草的生产环节上，智能型机器人的出现及其发展已融入我们的生活，从产生到现在，从国外到国内，从机械手到图像识别分析，到准确定位草的位置，通过对目前这个现状的综述，能更好的促进这个方向的发展。
进一步发展我国的农业生产水平。
关键词：除草机器人综述随着农业劳动力成本的提高，发达国家广泛开展了农业机器人研究。
近年，又开始了对除草机器人的研究。
瑞典、丹麦、荷兰等欧洲国家以及美国、日本等开展了杂草识别和除草机构的研究。
目前 , 在我国主要使用的除草方法是人工锄抚刀抚 , 其特点是劳动强度大、耗时费力、效率低、效果欠佳 , 除草工作完成后 , 幼林仍受不同程度的草害威胁。
但是国内对于除草机器人的研究正在起步，这其中机器人机械臂的运动学分析和图像识别又是比较关键的技术，以及除草方法的不断改进更使效率大大提高。
相信随着我国对对农业机器人的高度重视，我国在农业除草机器人的研究领域会取得重大的突破。
我国的农业生产能力家大大提高。
1.除草机器人的基本构成除草机器人硬件部分由主体、多关节机械臂、末端执行器以及起非常重要作用的摄像头等组成。
软件部分主要包括导航控制和杂草检测。
摄像头拍摄的图片送 PC机处理，所得结果分别用于控制主体自主行走和机械臂定点除草。
各种部件的联系极为重要，特别是导航摄像头的图像分析与执行端的运动学分析。
2．除草机器人的关键技术及其原理在除草机器人的设计和控制中，导航摄像头的图像分析和执行器的运动学分析，参数的输入控制与PC机软件的结合，还有除草方法的选择都具有极其重要的意义。
1）视觉图像分析及其导航利用机器视觉导航技术引导除草机器人沿着农作物行自动行走,行走时又利用机器视觉技术检测农作物行间杂草。
除草机器人多关节机械臂运动到杂草区域 ,切割杂草并涂抹除草剂,执行结束后再继续行走。
在整个过程中机器人的图像识别能力直接决定了机器人的成功与失败，而图像识别的配准还有分辨深度的问题一直是我们大学或者科研的难题之所在。
现在在这方面的研究又处于不断进步的水平,以下是国内外的一些典型的研究方法:[1],基于OCD-ICP(优化角点集提取——迭代最近点)的图像配准方法.该方法利用图形学原理,对图像边缘角点候选点集提出了四个筛选规则,逐步筛选得到优化的角点集,并在此基础上利用迭代最近点的方法得到最优配准;[2], 基于SIFT特征提取算法与KD树搜索匹配算法相结合的新方法,通过对候选特征点进行多次模糊处理,使其分布在高斯差分图像的灰度轮廓线边缘,利用SIFT特征提取算法找到满足极限约束的极值点;通过KD树最邻近点搜索和匹配算法使处理后的特征点与原始图像进行特征匹配,快速找出匹配正确的特征点;[3], 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和直方图多阈值分类对图像内容的自适应优点,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;[4], 基于分量直方图的自适应分割方法 .首先对图像的 3个分量统计直方图进行自适应分割 ,确定出各分量的分类数目及类的取值范围 ;然后 ,对分割类进行分量间组合 ,获得原图像中主要的几种颜色 ;最后以这些颜色作为聚类中心 ,按照颜色相似性准则对图像进行聚类分割;[5]采用了将RGB和HSV两种色彩系统混合使用的方法,提出了基于颜色信息的RGB和HSV模型下利用双阈值图像分割的方法.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成熟和先进一些2）机构的移动方法及其运动学分析[1]球形运动分析：球形移动机器人具有运动灵活的优点,且在运动中不存在翻仰问题。
因此在工业、民用、国防以及空间探索等领域具有广泛的应用前景。
主要的研究工作如下: 首先,基于欧拉——拉格朗日方法建立球形移动机器人的动力学模型,利用坐标变换和输入控制变换对模型进行降阶和标准型处理,并设计双回路线性运动控制策略;提出球形移动机器人的动态平衡问题,分别建立球壳质量分布均匀和非均匀条件下的平面动力学模型,利用部分线性化方法将模型分别变换为非“三角”正则形式的和“三角”正则形式的级联非线性模型,并设计指数稳定的动态平衡控制策略;分别对提出的运动控制和平衡控制策略进行稳定性分析、仿真和实验研究。
其次,将球形移动机器人分别简化为“球壳——重摆”模型和“球壳——框架”模型,建立两者的动力学微分方程,并通过求解微分方程的近似解研究驱动机构在两个驱动轴方向上的运动特性。
[2]全方位移动：全方位移动机器人由三个轮式模块化单元和一个连接平台组成。
轮式模块化单元是一个模块化万向单元称为MUU,具有俯仰、偏航和回转三个自由度。
MUU的圆柱形铝合金外壳上安装了一系列的被动轮,这些被动轮机构使MUU成为一个大的全方位驱动轮。
MUU在垂直于身体轴线方向能够提供较大驱动力,而在身体轴线方向的作用力由小被动轮卸载,从而实现万向轮的功能。
高度的集成性使MUU的通讯和更换易于实现。
移动机器人的运动学分析证明了该机器人的运动灵活性。
最后,给出了该机器人的运动实验和仿真结果。
[3]基于ADAMS的移动：主要研究利用基于ADAMS的虚拟样机技术重建移动机器人在不同路面条件下的滑移量,并进行滑移补偿控制的问题。
首先利用机械系统动力学分析软件ADAMS创建轮式机器人的整体模型(包括车体模型、路面环境模型以及轮胎模型)。
利用此模型在ADAMS环境中进行仿真,模拟在不同路面条件下移动机器人的滑移效果,并根据机器人的运动学特性重建出不可测的滑移量。
将滑移量传递给控制器参数设计出滑移补偿控制器,并进行了ADAMS与MATLAB联合仿真。
仿真效果表明该控制器可以有效地补偿滑移效果,改善移动机器人在滑移状态下的控制精度。
[4]小型地面移动：一种带前摆臂结构的小型地面移动机器人,建立了该机器人的运动学模型,确定了该机器人驱动轮转角与机器人位姿间的关系,为小型地面移动机器人的控制系统的设计提供了理论依据。
该机器人的控制系统采用上下位机控制方式实现了对机器人的遥控控制,即上位机为PC 机,下位机采用单片机。
采用流向控制标志位查询判断驱动信号的流向,使机器人移动载体、摆臂和摄像装置的驱动电机可以协调运动。
对该机器人各机构的运动进行了仿真,并得到了机构匀速运动过程中的主驱动轴转角、摆臂转角及摄像头转角等3个主要机构的运动参数曲线,验证了机器人各机构的运动性能。
[5]多运动状态下移动: 通过对关节履带式移动机器人越障过程的运动分析,基于履带车辆行驶力学分析及牛顿—欧拉方程,建立了机器人复合越障运动状态的动力学模型.并以车体的运动为控制目标,分析计算了车体、摆臂的运动变化以及驱动力矩的变化.仿真图形验证了机器人具有良好的运动稳定性,为机器人越障过程的控制奠定了基础.[6]基于视频的运动物体的实时运动：数字图像处理和计算机视觉是近年来发展十分迅速的研究方向,目前正广泛地应用于军用和民用等各个领域,是智能机器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,也是本文的研究内容。
本文的研究背景是为自主移动机器人在室内环境的世界建模和路径规划、导航等高层决策提供关键信息,特别是为机器人的环境监控、目标跟随、避障等任务提供判断和决策依据。
运动检测和目标跟踪作为两个相对独立的计算机视觉应用,在文中分别进行了算法理论的研究和实验验证。
对于运动检测,本文采用了基于多高斯背景模型的背景差分算法作为核心算法,同时引入高斯滤波图像预处理以及形态学处理算法作为辅助,提出了一套完整的运动检测算法方案并在实验中进行验证。
本文针对该算法本身的缺陷导致周期性大面积误检测的问题,提出了新的模型更新算法加以解决;以及针对无法克服相机运动、阴影干扰影响的不足,本文也分别提出了模型重构算法和基于HSV空间的阴影滤除算法,并通过实验验证了改进算法的有效性和先进性。
对于目标跟踪,本文采用基于Mean Shift的目标跟踪算法作为核心算法。
[7]混合式壁面移动:针对结构较复杂的椭球形壁面,提出了由两类不同移动机构组成的混合式壁面移动机器人,一类为框架移动式,实现沿壁面经线(纵向)的攀爬运动;另一类为浮动的轮轨驱动式,实现沿壁面纬线(横向)的运动,二者相互独立.重点介绍了轮轨式横向移动机构,分析了它的工作原理,根据工作环境的几何特征并结合D-H法,对复杂约束环境下,机器人的横向运动进行了运动学分析,并进行了样机实验,结果表明通过控制两个驱动轮的角速度可以控制机器人横向运动的速度和姿态.[8]便携式地面移动:便携式地面移动机器人由于其广泛的应用性，成为了当今机器人领域的一个研究热点。
本文以自主研制的“履带-关节”式机器人为研究对象。
由于履带式与轮式运动特性的巨大差异，本文重点分析了履带式机器人运动过程中地面对履带的影响，特别是转弯运动中转弯阻力的影响，并且建立动力学模型进行仿真和实验。
针对机器人“履带-关节”的特殊结构，分析了机器人在典型地形下的通过性，并且设计了一套机器人自主跨越障碍物的动作规划算法。
控制器是机器人控制的核心。
机器人控制器硬件部分按照层次化、模块化的思想设计，采用并行总线结构，可以按照需求扩展各个功能模块。
控制器软件按照底层电机控制、中间层通讯协议和上层应用控制的层次顺序进行设计。
整个控制系统运行良好，能够满足机器人控制的要求。
同时对机器人自主运动内容进行了探讨。
利用Beckstepping设计思想和Lyapunov稳定性原理设计控制器来实现路径跟踪，并且通过仿真和实验来验证方法的有效性。
借鉴滚动窗口的原理，设计了基于传感器信息的实时路径规划算法，保证机器人在未知动态环境下借助传感器信息能够安全地到达目标点，利用仿真验证了其有效性.[9] 六轮腿移动:首先对机器人机构进行了准静态分析，建立了准静态数学模型，然后根据六轮腿移动机器人的运动特性以及环境特性对机器人的影响，研究了机器人运动的协调性及地形适应性，尤其对机器人越障越坡行为作了深入研究，建立了各种越障行为的数学模型，为运动控制器的设计打下理论基础。
为实现对这一复杂系统的控制，文中重点展开了六轮腿移动机器人控制技术的研究。
本文详细论述了环境感知系统的建模，采用改进的D-S证据组合规则对传感器信息进行融合处理。
然后为了实现自主运行的智能化，建立了基于模糊控制的路径规划，并协同机器人的定位系统，设计出一种同步补偿协调运动控制算法，以适应六轮腿移动机器人在非结构化环境下的运行。