智能田间锄草机器人：高效农业新选择

20世纪90年代始随着人们对环境污染、食品安全、健康质量的关注，及对化学除草潜在危害的认识，回归精耕细作的机械锄草方式得到重视，如图9-50所示。21世纪初期发达国家率先在机械锄草中引入计算机技术、智能控制技术、机器视觉技术，极大提高了农田锄草装备的自动化水平、设备可靠性与工作效率，使欧盟等国家在蔬菜田间作业中大大减少了化学除草剂的使用，而在人工成本极高的背景下实现了以智能化机械锄草为主的耕作模式。智能化蔬菜田间锄草的作为“智能、增效、精细、环保”的耕作方式正在全世界得到重新认识，是发展精细耕作的可持续农业发展的重要技术手段，如图9-51所示。

我国目前在该装备技术方面还处于刚刚起步阶段。中国农业大学、南京农业大学、中国农业机械科学研究院在智能锄草关键技术方面进行了探索性研究，在机器视觉苗草识别、移动式锄草割台等方面取得了一些成果。

图9-50 机械锄草装备

图9-51 田间锄草机器人

图9-52 锄草机器人视觉(www.xing528.com)

采用机器视觉（图9-52）进行苗草识别是目前智能化蔬菜田间锄草的公认最为可行的方式。但从锄草装备的整体关键技术来看包括机器视觉苗草定位与伺服控制技术，苗间、行间混联锄草机械手智能控制技术，锄草机具与动力系统集成控制技术等，而其最核心的问题是如何实现苗间高速运动中的精确锄草。

（1）机器视觉苗草定位与伺服控制技术

精确锄草的关键是如何精确而又快速地获得杂草和作物苗当前位置信息。机器视觉伺服控制技术就是通过视觉传感器获取苗草当前位置信息，并将这一当前位置信息经计算机处理变成锄草机械手执行动作的控制指令。

（2）苗间、行间混联锄草机械手智能控制技术

锄草过程中，由机器视觉系统获取的苗草位置信息，结合牵引机具的速度、方向角、位置信息实时调节锄草末端机械手的速度，通过最优的轨迹规划，达到既不伤害苗株又尽可能多的覆盖杂草生长区域，从而实现护苗和锄草的智能控制。

（3）锄草机械手与动力系统集成控制技术

锄草机械手由拖拉机等动力机械牵引，机械手与动力系统的有机集成控制是影响系统整体性能的关键。其系统集成控制既首先要保证机械手的侧向对行，随时根据牵引机具的行驶偏移量及时对锄草机械手进行侧向补偿，又要进行地面仿形控制。该集成控制系统具有控制点多、集成程度高、控制精度高的特点。