杂草自动识别装置

A. 割草机的分类

按照不同的划分标准，割草机可以有以下划分：
1、按行进分：智能化半自动式拖行式、后推行式、坐骑式、拖拉机悬挂式。
2、按动力分：人畜力驱动、发动机驱动、电力驱动、太阳能驱动。
3、按方式分：滚刀式、旋刀式、侧挂式、甩刀式。
4、按要求分：平地式、半腰式、截顶式。
手持旋转割草机一般配置无刀切割盘，使用高强度尼龙绳作为牧草切割部件，柔性结构，不怕碰到刚性障碍物，使用比较安全，更换也很方便。
割草机的工作方式有往复式和旋转式，它较高的割草效率大大节省了时间，并实现了绿色环保、美化环境的功能，操作简捷、方便、高效，所以被广泛应用。机器小巧，适用于中小型草坪。使用割草机要根据要求，确定剪草后的留茬高度，使用非常方便。
剪草时只能沿斜坡横向修剪，而不能顺坡修剪。现代割草机更利于操作。
挂式割草机的样本从形式上讲，挂式割草机一种是侧挂在身上，一种是背在身上。相比较来说，侧挂式更轻耐用，也更高效一些。
侧挂式割草机
耐用的原因：
（1）从理论上讲，使用大致相同的发动机，实现同样的功能，结构越复杂，出故障的因素越多，背负式结构就复杂些，所以容易出问题。实际使用也是的，背负式容易出问题。
（2）从实际情况来看，国内割灌机市场基本上都是专业市场，就是要耐用的机器。所以，国内市场基本没有用背负式的，几乎全部都是侧挂式的。
悬挂式割草机
结构简单、轻便、机动灵活。有前悬挂式、侧悬挂式和后悬挂式三种，以后悬挂式割草机应用最广。往复式割草机由切割器、割刀传动装置、切割器提升装置、安全装置和挡草装置等主要部件组成。切割器的工作原理和构造与谷物收获机械的切割器基本相同。
所用刀片有光刃和刻齿刃两种。一般采用光刃动刀片。割刀传动装置也和谷物收割机类似，多采用偏置式曲柄连杆机构和摆环机构。由于牧草生长密度大、含水率高，动刀的平均速度高于谷物收割机，一般为1.6～2.0米/秒。切割器提升装置一般由液压系统操纵，提升迅速、方便，能保证切割器对复杂地面的适应性。 旋转式割草机，高速旋转刀盘上的刀片冲击切割牧草的切割速度(刀片刃口根部的圆周速度)高达60～90米/秒。工作平稳，作业前进速度可达15公里/时以上。割草机的刀片的选择非常的重要，它意味着这个除草机的好坏。使用割草机除草，以草长到10-13厘米(cm)时效果较好。如果草长得过高，应该分两步进行。先割上部份，再割下部分。使用割草机时，应双手扶把，并向果树一侧保持一定的倾斜度，使割下来杂草尽可能地落到果树边。开中速油门、匀速前进，可节省油耗。当阻力过大或遇障时，刀片立即回摆，避免损坏。刀片一边刃口磨损后可以换边使用。更换刀片也较往复式割草机方便。在旋转式割草机上，除装有与往复式割草机相似的安全装置外，在切割器上方还加设防护罩，以保证人身安全。
使用注意：旋刀式割草机割草时是依靠刀片的高速旋转来剪草的，如果刀尖的线速度不够，则剪草的效果不好。所以，剪草时要用大油门高转速。另外，割草机的汽化器和自动调速装置使其在大油门时如无负荷，其油耗不高。只有当其有负荷时，其转速会从空载的3400r.p.m达到2800r.p.m.所以，大可不必因为要省油而用小油门，同时剪草效果又不好。
其特点是对牧草的适应性强,适用于高产草场,但切割不够整齐，重割较多，单位割幅所需功率较大。 有滚筒式和转盘式两种：
3-1滚筒式割草机
滚筒式割草机的传动装置位于切割器上方，因而又称为上传动旋转式割草机。一台滚筒式割草机一般装有并列的1～4个立式圆柱形或圆锥形滚筒。每个滚筒下方装有铰接2～6个刀片的刀盘，相邻刀盘上刀片的回转轨迹有一定重叠量，以避免漏割。滚筒由胶带或锥齿轮传动，相邻两滚筒相对旋转，割下的牧草在一对滚筒的拨送下，向后铺放成整齐的小草条。能满足低割要求,但结构不够紧凑。
3-2转盘式割草机
转盘式割草机（Rotarymower）的传动装置位于刀盘的下方，但刀盘因下方有传动装置而位置较高。为保证低割和减少重割，刀盘通常向前倾斜一定角度。当阻力过大或遇障时刀片即回摆，以保证人身安全。也有刀盘铰接特殊尼龙绳靠离心力割草。相邻刀盘上刀片的配置相互交错，刀片的回转轨迹有一定重叠量。刀盘一般由齿轮传动，相邻刀盘的转向相反。结构紧凑，传动平稳、可靠。 新款推车式割草机，再也不用背的割草机，背负式/侧挂式的割草机你割草机时还要背在身上，就几分钟就很累啦，改手推自走的割草机又方便又轻巧又灵活，不管平原、丘陵、梯田、三角地等大小田块及烂泥田，用于收割大小麦、水稻、豆类、灌木、芦苇、青稞、苜蓿、鱼草等农作物。操作简单，工作效率高，每小时可以割一亩，还可以一个人手提着走。
优点：1、割草干净，修剪整齐，调节高低、左右、前后无须花力气。2、能在草坪、果园、庄园、花园、山地修剪(除草)。3、工作时再也不要弯腰驼背，男女老少均可使用。换上相应刀具，装上上下托板和安全的防护罩，还可收割灌木、牧草、芦苇及茶园枝头修剪和花圃坪的修整。 一家叫做Husqvarna的瑞士公司以环保为依托，设计了一种太阳能混合动力自动割草机------即太阳能割草机“瓦力”，这是世界上第一台自动化割草机，既可由电池动力驱动，也可以由太阳能供给动力。
瓦力是一台能处理2.25万平方英尺草地的割草机，甚至还能处理一定倾斜坡度的草地。当太阳能无法获得时，这种割草机可由电池提供动力，能够持续使用1小时。而将电池充满才需要45分钟。所以这是一款顺应21世纪环保主题的新型割草机产品，顺应环境的需求，所以瓦力会大受欢迎，并在市场上逐渐推广开来。

B. 农业机器人来了！

农业发达国家，机器人似乎已经开始成为智能时代的一种新风尚，在世界各地，有不少农场都投入使用了效率比农场工人高得多的机器人。

农业机器人是一种机器，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。

一、发展

农业机器人出现后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多种类型农业机器人。目前日本居于世界各国之首。在进入21世纪以后，新型多功能农业机器人得到日益广泛地应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替手工完成各种农活，第二次农业革命将深入发展。。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。

二、分类

1、施肥机器人

美国明尼苏迭州一家农业机械公司的研究人员推出的机器人别具一格，它会从不同土壤的实际情况出发，适量施肥。它的准确计算合理地减少了施肥的总量，降低了农业成本。由于施肥科学，使地下水质得以改善。

2、大田除草机器人

德国农业专家采用计算机、全球定位系统(GPS)和灵巧的多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂除草的机器人。首先，由农业工人领着机器人在田间行走。在到达杂草多的地块时，它身上的GPS接收器便会显示出确定杂草位置的坐标定位图。农业工人先将这些信息当场按顺序输入便携式计算机，返回场部后再把上述信息数据资料输到拖拉机上的一台计算机里。当他们日后驾驶拖拉机进入田问耕作时，除草机器人便会严密监视行程位置。如果来到杂草区，它的机载杆式喷雾器相应部分立即启动，让化学除草剂准确地喷撒到所需地点。

3、菜田除草机器人

英国 科技 人员开发的菜田除草机器人所使用的是一部摄像机和一台识别野草、蔬菜和土壤图像的计算机组合装置，利用摄像机扫描和计算机图像分析，层层推进除草作业。它可以全天候连续作业，除草时对土壤无侵蚀破坏。科学家还准备在此基础上，研究与之配套的除草机械来代替除草剂。收割机器人美国新荷兰农业机械公司投资250万美元研制一种多用途的自动化联合收割机器人，著名的机器人专家雷德·惠特克主持设计工作，他曾经成功地制造出能够用于监测地面扭曲、预报地震和探测火山喷发活动征兆的航天飞机专用机器人。惠特克开发的全自动联合收割机器人很适合在美国一些专属农垦区的大片规划整齐的农田里收割庄稼，其中的一些高产田的产量是一般农田的十几倍。

4、采摘柑桔机器人

西班牙 科技 人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成，能够从桔子的大小、形状和颜色判断出是否成熟，决定可不可以采摘。它工作的速度极快，每分钟摘柑桔60个而靠手工只能摘8个左右。另外，采摘柑桔机器人通过装有视频器的机械手，能对摘下来的柑桔按大小马上进行分类。

5、采摘蘑菇机器人

英国是世界上盛产蘑菇的国家，蘑菇种植业已成为排名第二的园艺作物。据统计，人工每年的蘑菇采摘量为11万吨，盈利十分可观。为了提高采摘速度，使人逐步摆脱这一繁重的农活，英国西尔索农机研究所研制出采摘蘑菇机器人。它装有摄像机和视觉图像分析软件，用来鉴别所采摘蘑菇的数量及属于哪个等级，从而决定运作程序。采摘蘑菇机器人在机上的一架红外线测距仪测定出田问蘑菇的高度之后，真空吸柄就会自动地伸向采摘部位，根据需要弯曲和扭转，将采摘的蘑菇及时投入到紧跟其后的运输机中。它每分钟可采摘40个蘑菇，速度是人工的两倍。

6、分检果实机器人

在农业生产中，将各种果实分检归类是一项必不可少的农活，往往需要投入大量的劳动力。英国西尔索农机研究所的研究人员开发出一种结构坚固耐用、操作简便的果实分检机器人，从而使果实的分检实现了自动化。它采用光电图像辨别和提升分检机械组合装置，可以在潮湿和泥泞的环境里干活，它能把大个西红柿和小粒樱桃加以区别，然后分检装运，也能将不同大小的土豆分类，并且不会擦伤果实的外皮。

7、番茄收获机器人

日本番茄收获机器人针对成熟番茄果实表现为红色这一特点, 用彩色CCD摄像头作为视觉传感器, 基于RGB分量区分水果和茎叶。

8、采摘草莓机器人

日本国家农业和食品研究发明了一个能够采摘草莓的机器人。该机器人装有一组摄像头，能够精确捕捉草莓的位置，还有配套软件能根据草莓的红色程度来确保机器人采摘的是成熟的草莓。虽然此机器人目前只能采摘草莓，但可以通过修改程序来使机器人采摘其它水果，如葡萄、番茄等。机器人采一个草莓的时间是9秒，如果大范围使用并能保持采摘效率，可以节省农民40%的采摘时间。

三、为什么会出现农业机器人

在美国、日本等国家，农业人开口很少，随着农业的规模化、多样化、精确化，劳动力不足的现象越来越明显。而现实中许多作业项目都是劳动力密集型的工作，再加上时令要求，劳动力短缺严重。为了解决这一现象问题，农业机器人应运而生。

四、农业机器人的特点

◆ （1）农业机器人作业对象的娇嫩性

生物具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。且其种类繁多，形状复杂，在三维空间里的生长发育程度不一，相互差异很大。

◆ （2）农业机器人的作业环境的非结构性

由于农业作物随着时间和空间的不同而变化，机器人的工作环境是变化的、未知的，是开放性的环境。作物生长环境除受园地、倾斜度等地形条件的约束外，还直接受季节、大气和时间等自然条件的影响。这就要求生物农业机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理能力，而且还要能够顺应变化无常的自然环境。要求农业机器人在视觉、知识推理和判断力等方面具有相当的智能。

◆（3）农业机器人作业动作的复杂性

农业机器人一般是作业、移动同时进行，农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面等特点。



◆ （4）农业机器人的使用者

农业机器人的使用者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点。

（5）农业机器人的价格特性

工业机器人所需要大量投资由工厂或工业集团支付，而农业机器人以个体经营为主，如果不是低价格，就很难普及。

在农业生产中使用机器人有很多好处：可以提高劳动生产率；解决劳动力不足的问题；改善农业生产者的安全、卫生环境；提高作业质量等。

五、农业收获机器人的发展现状

农业机器人出现之后，发展很快，许多国家在农业机器人的研制和发展，出现了多重类型的农业机器人。现如今，新型多功能农业机器人得到日益广泛的应用，智能化机器人也会在广阔的田野上越来越多地代替人工完成各种农活。

◆ 1.国外农机现状

目前，各农业发达国家果蔬收获机器人的研究已经取得了很大的进展，但离实用化和商品化还有很长一段距离。法国是最早研究水果收获机器人的国家之一。日本近年来在收获机器人研究方面进展很快，但还没能真正实现商业化。荷兰收获机器人的研究工作也走在很多国家的前面，但研究的果蔬种类并不多。



目前收获机器人还未得到真正应用的原因主要是：

1) 果实的识别率和采摘率不高,损伤率较大；

2) 果实的平均采摘周期较长；

3) 收获机器人的制造成本较高。

◆ 2.国内农机现状

我国是一个发展中的农业大国，农业问题始终是关系到我国经济 社会 发展的根本问题。

但是我国的农业机器人在精度、效率和稳定度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应用, 机器人将越来越多地应用到农业生产中。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。

但是由于农业生产的季节性、农产品的价格、农业作业的复杂性等特点对农业机器人的性价比、智能提出较高的要求, 成为制约农业机器人研究应用的瓶颈问题。因此，农业机器人技术将是新世纪的重点研究内容之一。