机器人在农业工程中的应用

机器人在农业工程中的应用（通用9篇）

篇1：机器人在农业工程中的应用

随着电子技术和计算机技术的发展，机器人已在很多领域得到日益广泛的应 用，智能化和自动化取得了长足的进展。在农业生产中，由于作业对象的复杂性、多样性，使得新概念农业机械――农业机器人的开发具有了巨大的经济效益和广阔的市场前景。我国是一个农业大国，农业问题是关系到我国经济社会发展的根本问题。由于经济发展和资源分配的不平衡以及环境的日益恶化，我国农业将面临严峻的考验。为使农业得到持续稳定的发展，我国已确立了科教兴农战略，而技术替代资源的发展道路是21世纪农业发展的必然选择[1]。实施精确农业，广泛应用农业机器人，以提高资源利用率和农业产出率，提高经济效益将是现代农业发展的必然趋势。因此，研究开发以农业机器人为代表的新概念农业机械，对我国农业的长远发展有着重要意义。随着农业生产的规模化、多样化和精确化，农业生产作业要求逐渐提高，许多作业项目都是劳动密集型工作，由于人口老龄化问题和农业劳动力资源的减少，致使劳动力成本在农业生产成本中所占比例高达33~50%[2]，大大降低了产品的市场竞争力。农业机器人相对于传统农业机械能更好地适应生物技术的新发展，是农业现代化发展到一定阶段的必然产物。农业机器人的使用可以改善作业条件，降低劳动强度，提高劳动生产率和作业质量，减轻农药、化肥等对人体的危害，解决劳动力不足等问题，具有很大的发展潜力。农业机器人是一类以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。同工业机器人相比，它具有以下特点[3]：一是作业对象的娇嫩性和复杂性;二是作业环境的非结构性，不仅要求农业机器人具有与生物柔性相对应的处理功能，还要顺应变化无常的自然环境，要求农业机器人在视觉、推理和判断等方面具有一定的智能。三是作业过程的复

杂性。农业机器人一般是作业和移动同时进行，而且工作时具有特定的位Z和范围。四是使用对象的特殊性。使用者是农民，因此农业机器人必须具有较高的可靠性和操作简单的特点。此外，农业机器人的生产制造还应考虑降低成本，否则，将很难推广普及。

一、果树采摘机器人的发展

国外农业机器人发展迅速，自上世纪80年代第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经20多年，日本和欧美等国家相继研制了苹果、柑橘、西红柿、葡萄、黄瓜等智能采摘机器人。我国在该领域中的研究虽然还处于起步阶段，但也取得了一些可喜的成果，如中国农业大学研制的草莓、茄子采摘机器人，浙江大学研制的番茄收获机械手等。但由于采摘机器人存在制造成本高和智能化水平不能满足农业生产需求的问题，使得采摘机器人不能广泛地应用到农业生产中。

引例1：日本西红柿采摘机器人

1993年，日本冈山大学的N.Kondo等人针对西红柿传统栽培系统研究出了一个七自由度采摘机器人[4-5]。

该机器人有七自由度SCORBOT-ER工业机械手、末端执行器、视觉传感器、移动机构和控制部分组成。利用彩色摄像机作为视觉传感器寻找和识别成熟果实。末端执行器设计有两个带有橡胶的手指和一个气动吸嘴，把果实吸住抓紧后，利用机械手的腕关节把果实拧下。行走机构有四个车轮，能在田间自动行走。采摘时，移动机构行走一定的距离后，就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位Z信息，判断西红柿是否在收获的范围之内，若可以采摘，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通

过机械手的腕关节拧下果实。该机器人从识别到采摘完成的时间为15s，成功率在70%左右。存在的主要原因是当成熟番茄的位Z处于叶茎相对茂密的地方时，机械手无法避开茎叶障碍物完成采摘任务。因此，为了达到实用化目的，需要在机械手的结构、采摘方式和避障规划方面加以改进，以提高采摘速度和采摘成功率。

引例2：日本葡萄采摘机器人

日本冈山大学研制出一种用于果园棚架栽培模式的葡萄收获机器人[6]，如图1-2所示。其机械部分是一个具有五自由度的极坐标型机械手，由四个旋转关节和一个棱柱型直动关节组成。腕部的两个旋转关节可保证末端执行器水平和垂直接近葡萄，即使葡萄束倾斜也能达到目的。视觉系统采用PSD(Position Sensitive Device)三维视觉传感器，可检测成熟果实的三维位Z信息。在开放的种植方式下，由于采摘季节太短，单一的采摘功能使得机器人的使用效率低下，因此，分别开发了用于采摘和套袋的末端执行器、装在机械手末端的喷嘴等。末端执行器由机械手指和剪刀组成，采摘时，用机械手指抓住果实，再用剪刀剪断穗柄。 引例3：日本草莓采摘机器人

从起，Kondo等人就开始了对草莓采摘机器人的研究，至，最新的试验样机已研发出来[7-8]。该机器人由三自由度的圆柱型机械手、末端执行器、视觉系统、移动机构等组成。视觉系统由三个彩色TV摄像头和四个极化滤光照明装Z组成，其中两个摄像头用于寻找和识别成熟草莓，另一个安装在末端执行器上，在机械手接近草莓的过程中给出草莓果梗的位Z。末端执行器设计有一个气动吸嘴和一个带剪刀的`夹持器。经温室实验证明，该机器人的采摘速度为

9.3~17.9 s/个，成功率在75%左右。

引例4：荷兰黄瓜采摘机器人

，荷兰农业环境工程研究所研究出一种多功能模块式黄瓜收获机器人

[9-12]。黄瓜按照标准的园艺技术在温室中种植成高拉线缠绕方式吊挂生长。机器人利用近红外视觉系统辨识黄瓜果实，并探测它的位Z。机械手采用三菱六自由度机械手MitsubishiRV-E2，并在底座增加了一个线性滑动自由度，RV-E2机械手由24V直流电机和伺服控制器来驱动。末端执行器采用的是三菱夹持器1E-HM01，利用电极切割来代替普通刀子切割，可以杀死90%的病毒，并在切割过程形成一个封闭的疤口，从而减少果实水分流失，减慢熟化程度。实验结果表明：机械手稳态精度为±0.2mm，中心点定位精度为1mm;作业速度为45s/根，采摘成功率为80%。在温室里进行采摘试验的效果良好，但由于采摘时间过长，要满足商用产品的各种要求，还需对样机加以改进和完善。

引例5：英国蘑菇采摘机器人

英国Silsoe研究院的J.N.Reed等人研制了蘑菇采摘机器人[13]，它可以自动测量蘑菇的位Z、大小，并且选择性地采摘和修剪，如图1-6所示。它由视觉系统、采摘机械手、手指传送器、修剪器、PC机等组成。机械手包括两个气动移动关节和一个步进电机驱动的旋转关节;末端执行器是带有软衬垫的吸引器。视觉传感器采用索尼CD 20/B，TU 12.5-75mm变焦透镜，使蘑菇定位成功率提高到90%。采摘后的蘑菇由手指传送器送到夹持器，再放入蘑菇采集箱。经试验表明，采摘成功率为75%左右，生长倾斜是采摘失败的主要原因。如何根据图像信息调整机械手姿态动作提高采摘成功率和采用多个末端执行器提高生产率是亟待解决的问题。

二.除草机器人的发展

引例1：移栽(育苗)机器人

台湾Ting和Yang等研制的移栽机器人，把幼苗从600穴的育苗盘中移植到48穴的苗盘中[14]。机器人本体部分由ADEPT-SCARA型4自由度工业机器人和SNS夹持器组成，位于顶部的视觉传感器确定苗盘的尺寸和苗的位Z，力觉传感器保证SNS夹持器夹住而不损伤蔬菜苗，在苗盘相邻的情况下，单个苗移栽的时间在2.6~3.25 s之内。

引例2：耕耘机器人

日本机电技术研究室开发出的耕作机器人[15]，在耕作场内可进行辨别、判断自身位Z和前进方向的无人操作，其耕作效率与有人相同。1994年芬兰开发出利用GPS和左右两轮的转速差进行导航的小型履带式车辆，Hate等开展了用彩色线条传感器为传感元件对车辆走向的研究，Yong等研制了以微型计算机为基础的车辆导向控制器，Choi设计了一种用无线电波定位传感器的自动导向系统，王荣本等设计了一种有线图像识别式自动引导车辆系统[16]。

引例3：除草机器人

除草机器人是由电子计算机操作并用雷达控制的无人驾驶机械[15]。德国农业专家采用计算机、GPS定位系统和多用途拖拉机综合技术，研制出可准确施用除草剂的机器人。其特点是，当机器人到达杂草多的地块时，GPS接收器便会做出杂草位Z的坐标定位图，机械杆式喷雾器相应部分立即启动进行除草剂的喷洒。英国科技人员开发的菜田除草机器人使用的是1台摄像机、1台识别野草、蔬菜和土壤图像的计算机组合装Z，利用计算机扫描和图像分析，层层推进除草作业。美国密歇根大学开发了草坪修整机器人，利用已修和未修草坪的分界线进行无人驾驶操作割草作业。日本“久保田铁工”在割草机前端装有摄像机，利用图像处

理判断分割区域，实现自动驾驶作业。中国陈勇等研究了控制农田杂草的直接施药方法，并研制了基于该方法的除草机器人[17]，该研究减少了除草剂用量并消除雾滴飘移现象，保护了生态环境。

引例4：插秧机器人

日本研制的插秧机器人在没有任何人力的协助下，由计算机系统进行控制，并通过全球卫星定位系统进行导航，最后通过感应器和其他一些装Z来计算出动作的角度和方向，进而实现稻田工作的精确定位[18]。作业时水稻秧苗预先由传送带传送到约2 m长的栽培垫上。然后由机器人推动插秧机，把稻苗栽进稻田里。机器人能够根据指令准确地在稻田穿行，移动误差也小于10 cm，碰到田埂还能自行做180°大转弯后继续劳作。每个机器人每20 min可种植约1 000 m2的稻田，中途无须作任何停顿。

三. 应用于农业机器人的主要技术

农业多机器人在执行任务过程中，需感知多变环境中的行走路线、被枝叶遮挡的加工对象、运行中的动态机器人等，这是农业多机器人准确完成群体运移、定位工作、工作任务执行的基础[16]。目前农业单体机器人主要利用GPS粗定位，定位精度达到了厘米级，融合陀螺仪、路标检测、地图匹配、CCD彩色摄像机识别等多种信息检测手段正被研究应用，该检测手段促使单体机器人运移感知、作业环境定位等广播通信方式下的系统环境信息共享。目前发展的彩色CCD摄像机识别与定位作业感知系统，虽感知过程的迭代计算比黑白CCD摄像机工作量大，但感知的信息量大，能改进作业质量，适度降低整机硬件成本，适应更广泛的工作环境条件，因此在分散式、分布式农业多机器人系统开发应用较多。 目标探测与定位技术也是研究的主要方向。任何一种农业生产机器人的正常工

作均有赖于对作业对象的正确识别与定位，但由于作业环境的复杂性，特别是光照条件的不确定性、环境的相似性、个体差异性和遮挡等问题的存在，致使对作业对象的识别与定位技术仍是有待于解决的关键技术[19]。目前主要采用机器视觉技术，但需要融合其他技术，并改进图像获取和图像处理算法等，以提高识别与定位的准确性与精确度。机器视觉技术利用图像传感器获取物体的图像，将图像转换成一个数据矩阵，并利用计算机来分析图像，同时完成一个与视觉有关的任务[20]。机器视觉技术在农业生产上的研究与应用，始于20世纪70年代末期，研究主要集中于桃、香蕉、西红柿、黄瓜等农产品的品质检测和分级。农作物收获自动化是机器视觉技术在收获机械中的应用，是近年来最热门的研究课题之

一。其基本原理是在收获机械上配备摄像系统，采集田间或果树上作业区域图像，运用图像处理与分析的方法判别图像中是否有目标(如水果、蔬菜等)，发现目标后，引导机械手完成采摘。

对于获取的数据的整理与统计则需要信息融合技术。农业机器人系统的定位与导航及作业对象的识别与定位应具有更高的智能特性，因此需要融合多种传感器信息或一些经验知识，实现对环境信息的充分理解，便于机器人做出正确的决策

[19]。信息融合能提高系统的可靠性与分辨率，增加测量空间维数，拓宽活动范围，从而提高系统在复杂条件下正常工作的适应性与鲁棒性。但是，为了提高系统性能，需要结合新的理论不断改进与完善信息融合算法，也需要加强信息融合效果评价的研究。

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篇2：机器人在农业工程中的应用

一、直角坐标机器人介绍

德国百格拉公司是世界上最著名的机器人供应商之一，生产多种规格的直线运动单元 / 导轨、步进电机、交流伺服电机、直线电机和多轴数控系统。以此为基础，在短时间内可提供各种规格的线性导轨、二维、三维标准机器人及用户专用机器人和生产线。这些机器人可以装备焊枪、通用手爪或专用工具，完成焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂等一系列工作。由于百格拉的导轨、驱动电机、减速机和控制系统等所有部件全部自己生产，使得机器人整体性能更加优异。十多年来，出厂的机器人和生产线全部在正常工作。深受包装机械、印刷机械、机械电子、汽车、食品、药品和化妆品生产等行业新老用户的厚爱。

百格拉公司的 120 多名专家及工程技术人员成功开发生产了各种规格的线性导轨，并在此基础上与用户密切合作开发通用及专用机器人，已为许多厂家提供了数千台各种专用机器人及生产线。其中一个应用领域是工件无损探伤。

在直角坐标机器人中各个轴主要是做直线运动，而且运动方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐标机器人。直角坐标机器人可分为一维到多维很多种，每一维是一个运动轴，由一个直线运动单元组成。一台喷涂用三维直角坐标机器人由三个直线运动单元组成，而一台码垛机器人根据应用要求通常由几个一维，二维和三维直角坐标机器人组合而成。百格拉公司直角坐标机器人的主要技术数据是运动行程 0 到 18 米 ;负载 1――180 公斤;重复定位精度 0.05mm ;每个轴运动速度最高可达 5 米 / 秒。

每个直线运动单元的主要部分是特制高强度高直线度铝型材，横截面积可实现 40× 40mm 2 到 120× 120mm 2 ,也可以由多根组合成为一个大截面的导轨。型材内部配有特殊的钢轨来保证机械强度和长期保持平行度，同时也是运动滑块的载体。配滚珠丝杠和密封轴承导轨的直线运动单元的特点是定位精度高，带负载能力强，速度最大到 1 米 / 秒;滑动方式分为光杠滚轮轴承导轨和密封轴承导轨;优点是钢性好、磨擦系数小、阻力低、精度高;传动方式主要有齿型带、齿条和滚珠丝杠传动;驱动电机主要分为步进电机和伺服电机两种，有时驱动电机配 NEUGART 精密行星减速机来增大出力和减少负载的转动惯量。

根据机器人所要完成的工作，首先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配 NEUGART 精密行星减速机的型号。下图是一个典型三维直角坐标机器人。

二、百格拉公司机器人在无损检测中的应用案例

1、在航天飞船部件无损检测中的应用

(1) 任务：采用超声无损探伤对航天飞船上的.许多

部件进行无损扫描。

(2) 机器人型号及设备

● 选用百格拉三维直角坐标机器人 PR 6/3 ,

X , Y , Z 轴的有效行程分别为 5400mm ,

5400mm 和 400mm .在 Z 轴下端上装配

可旋转超声探头。探头旋转角度是 0――360° .

最大可以被测物体是 5400*5400* 400 mm .

● 可对部件从上到下 360° 无损探伤扫描。

扫描密度几乎没有限制，可以非常精密，

也可以仅对部件的几个关键部位进行无损

探伤扫描。

● 右图是对仪表板进行无损探伤扫描。

(3) 任务描述：控制系统使用百格拉公司 TLCC ,驱动电机是百格拉公司智能伺服控制系统 TLC612 , TLC411 实现定位控制。 TLCC 是一个专用工控机，通过 CAN 总线控制 TLC 伺服控制系统。 TLCC 可以预存很多部件的几何数据，用于引导超声探头等距离或多方位、多角度的无损探伤扫描。得到的测量数据可以存储在 TLCC 中，可以给出分析探伤的结果，可以打印或上传给上位机，以便进一步保存和分析，也可以显示出探伤扫描图象及对应滤波，增强、放大、旋转、特征提取及分析等。

2、

(1) 任务：航天飞船圆柱类部件无损探伤扫描

(2) 机器人型号及设备

● 选用百格拉二维直角坐标机器人 LP-4/2 ,

● x 轴行程为 500mm , z 轴行程为 1300mm ,

在 Z 轴上装配扫描头，通过可旋转轴可对

仪表板由上到下每一个部位进行 360° 扫

描。

● 旋转轴采用 BERGER LAHR 步进电机

VRDM31117 驱动加 NEUGART 精密

行星减速机 PLS90/8 .控制系统使用

百格拉公司专用工控机 TLCC .

(3) 任务要求：整个过程需要机器人

的动作

保持高重复性，并且要求定位极其精确，

可简便地完成自动和手动操作等功能的转换。这里探头不转，可以上下和前后精密运动。被测部件要转动，其它功能类同前面 1 )中所描述的。

3、

(1) 任务：超大型圆柱类钢件无损探伤扫描。

(2) 机器人型号及设备

● 选用二维直角坐标机器人 LP-8/2 ,

● 完成 X 轴和 Z 轴方向上的动作。 X 轴驱动电机采用 BERGER LAHR 伺服电机 SER31122 , SER31122 驱动一个德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS90HP . Z 轴驱动电机采用 BERGER LAHR 步进电机 VRDM3913 , VRDM3913 驱动一个德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS70/64HP .

● 被测物体是 8m 长，直径 600mm 的柱类钢件，放在一个大型液体容器里。大型容器的两端各有一个夹具，用于水平固定柱类钢件。钢件作为转动轴由一台 BERGER LAHR 伺服电机 SER31122 配德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS115/64HP 驱动。

(3) 任务要求：

旋转轴带动长约 8m 的钢件每旋转一个角度 X1 后静止， Z 轴下到钢件表面 X2 毫米高后停止。这时 X 轴开始运动，每移动 X3 毫米探头扫描一次，完成 X 轴方向 8m 长的扫描后 X 轴和 Z 轴都处于静止状态。旋转轴再按原转动方向转动 X1 度停止， X 轴开设扫描运动。这一过程要反复进行到整个钢件表面被均匀扫描一次。

所以整个过程需要机器人的动作保持高重复性，平稳性，并且要求定位极其精确。 X 轴的定位精度如下：电机每转为 16384 点，经行星减速机 64 倍减速后为 16384*64 . X 轴的驱动轴每转一转， X 轴行走 175mm , 电机每转一步 X 轴走 175000/16384/64 =0.167 μm. X 轴的定位精度如下：电机每转为 16384 点，经行星减速机 64 倍减速后为 16384*64 .旋转轴每转一转对应的周长是 600*3.14 = 1884mm , 电机每转一步旋转轴表面转过 1884000/16384/64 =1.797 μm .实际上用不着这样高的精度，而用精密行星减速机的目的是为了大量减少驱动电机与负载的转动惯量比，来保证各轴的精确平稳运行。 控制系统使用百格拉公司专用工控机 TLCC ,其功能同前面的两个应用。

三、结束语：

篇3：机器人在农业中的应用

工业的飞速发展大大解放了社会生产力, 促进了农业社会化大生产局面的到来。诞生于美国的智能机器人技术目前越来越受到世界各国所青昧, 并投入大量资金用于机器人开发研究.中国是一个农业大国, 农业稳定发展中国经济稳定发展的基础。目前, 农业科技技术已成为推动我国农业增长的最主要动力, 我国耕地仅占世界耕地的7%, 但却养活了世界人口的20%。在倡导精准农业的今天, 通过广泛应用农业机器人, 可大大提高农业生产效率, 从而提高经济效益, 因此, 及时开发研究以农业机器人为代表的农业机械技术, 对我国农业的长期稳定发展具有划时代意义。

1 概念及特点

农业机器人是一种同时具有人类部分信息感知和四肢行动功能, 操作对象为农产品, 可通过设置不同程序实现不同功能的机械装置。它能代替人类工作, 不但减轻人类劳动负担, 还能防止农药、化肥等有害化学物质对人体的伤害。因此, 世界各国都非常重视农业机器人的研究, 为实现农业机器人广泛的应用, 相继投入了大量的人力和物力进行开发。

2 国内外研究进展

在国外农业机器人的研制与开发上, 日本是研究农业机器人开发和应用最早的国家之一, 开发应用机器人技术也最成熟。日本从上世纪70年代后期就开始启动对农业机器人的研究, 凭借经济上的优势, 目前已开发出大量能用于农业生产的机器人, 如嫁接机器人、扦插机器人等。丹麦科学家研究开发出一种能进行农田除草的机器人, 既减轻了劳动者负担, 又避免了农药对环境的污染。西班牙发明了采摘柑橘机器人, 这种机器人通过把柑橘颜色、大小等与体内已设好程序对比, 从而判断柑橘是否已经成熟。英国西尔索研究所开发了采蘑菇机器人, 这种机器人可借助装有的计算机软件和录像机确定蘑菇是否达到采摘标准。法国研制开发了分拣机器人, 弄够在各种极端环境下工作等等。受工业机器人的高速发展的带动, 农业机器人发展也非常迅速, 必将引领21世纪精准农业发展方向。

我国是农业大国, 目前已开发出来的农业机器人有:耕耘机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人等。由于蔬菜幼苗具有柔嫩性、易损性以及生长不一致性等特点, 中国农业大学经过多年研究开发了可以对蔬菜的砧木和穗木进行自动化嫁接的蔬菜机器人, 目前已经广泛用于西红柿、辣椒等菜苗的嫁接上。为在林木较短的成熟期内采到大量用于科研的种子, 同时又不对森林系统造成破坏, 东北林业大学开发出一种能对林木球果进行快速采集机器人, 大大提高了工作效率。

3 应用

3.1 行走式机器人

行走系列农业机器人工作的最大特点是能够自主行走, 边行走边作业。因此为了保证工作质量和效率, 在开发此类农业机器人时候, 首先要解决的是机器行走的速度与姿势问题。下面重点介绍农田中最常用的几种行走式机器人。1) 耕作机器人:田间耕作是一项非常辛苦的工作, 因此通过使用农业机器人代替劳动者进行工作就非常必要。耕耘机器人工作结构非常简单, 在原有的拖拉机上安装上方位传感器、电脑等一些自动调整机构就能实现。2) 田间管理机器人:由于田间作物管理具有规律性, 因此也可以先通过测量作物的方位再对机器人程序进行设定从而重复性作业。3) 收获机器人:收获机器人根据预先设置的指令, 利用自动控制机构、陀螺罗盘和接触传感器, 从而自动进行田间作业。在该类机器人的研究上, 日本、美国都已经开发出自动联合收割机。

3.2 机械手式机器人

由于机械手式机器人的作业对象是植物果实、家畜等分布不均匀个体, 因此能对作业对像的精准识别就显得非常重要。近年来随着计算机的快速发展, 传感器的融合技术已广泛应用到农业机器开发研究中。目前, 该系列的机器人主要有一下几种。1) 嫁接机器人:目前, 机器人嫁接技术已广泛应用于蔬菜、水果生产上, 通过嫁接可达到品种改良和病虫害防治的双重目的。2) 采摘机器人:根据相关数据统计显示, 到1997年底国外已经开发出了可用于西红柿、黄瓜、结球菜、柑桔等收获、采摘的机器人。3) 育苗机器人:育苗机器人主要组成构件包括用于自由行走的行走部件、用于控制行动的控制部件以及其它各种相关作业装置等组成。该机器人能够在轨道上自由行走, 通过各种部件相互巧妙的配合来完成育苗工作。

3.3 其它农业机器人

农业机器人除在上述领域已经广泛应用外, 在农业其它领域中也相继发展起来。1) 剪羊毛机器人:目前澳大利亚科学家已经成功研制出能剪羊毛的机器人。首先将羊固定在可作三个轴心转动的平台上, 接着把有关羊的相关参数指标输入到计算机, 从而机器人就能算出剪刀在剪羊毛时的最佳力度。通过把机器人操作结果与人类操作结果对比表明, 机器人不论从速度上还是从准确度上都要优于熟练的剪毛工。2) 挤奶机器人:荷兰科学家开发了一种可通过超声波检测器自动找到牛的乳头位置, 并使用计数型机械手进行挤奶的挤奶机器人。3) 葡萄树修剪机器人:英国科学家研制的葡萄树修剪机器人可通过摄像机检测树枝用带剪刀的机械手修剪。

4 存在问题及展望

农业机器人近年来虽已有重大发展, 但由于在农业领域应用的历史还比较短, 至今还没有普及。工业机器人开发研究所需大量资金可由工厂或工业集团来支付, 而农业机器人使用者多数为个体经营, 成本问题就成为限制其购买的主要因素。农业机器人的使用者多数是农民, 不具备机械和电子方面的专业技术, 在操作上还存在许多困难。与国外发达国家相比, 从机器人的数量和技术水平上海存在很大的差距, 农业机器人应用更是少之又少, 但是近年来随着我国国民经济的稳定快速提高, 农业产业结构调整和农业生产的集约化以及我国工业机器人技术的快速发展, 我国农业机器人的未来发展将出现良好的机遇。在新的农业生产模式和新技术的广泛应用下, 农业机器人作为新一代智能化的农业机械必将得到越来越广泛的应用。

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篇4：测量机器人在变形监测中的应用

【关键词】测量机器人；变形监测；应用

随着科学技术的发展与进步，在变形监测中，经常对测量机器人进行使用，并且发挥了巨大的作用。为了促进该技术能够更好的发展和应用，文章通过下文对相关方面的内容上进行了详细的阐述。

1.对监测网点进行布设

因为外界会碰撞和震动到建筑物，一旦这样的情况长期的发展下去，会有安全隐患出现在其中。所以，对变形监测进行应用是非常必要的，进而对建筑内工作人员的安全上给予相应的保证。在对变形监测点进行布设的时候，首先应该将一个基准点选择出来，接着将目标点设置在监测范围之内，将监测桩设置在各个目标点处，之后强制的安装上去对中器。在这个范围中，将独立坐标应用进去。例如，对五个基准点进行了选择，在基准点边角控制网中将目标点设置出来。利用将站设置在各个基准点上，与其余的方向予以结合，进而同测边角，这样较多的观测数就可以出现在其中。在网点中，对一个固定点进行选择，在固定点左面一条边处进行，应该在精确的范围内控制检测的目标点。

2.实施监测方案

在监测的过程中，需要在相关标准的基础上，对监测数据精度的需求进行满足。应该按照学习目标、自动识别、自动收索的功能对测量仪器进行选择，在计算机等有关的设备中将自动测定的水平方向和距离值等数据记录进去。有自动化的功能存在于测量机器人中，进而能够将人为的误差予以消除，将出现差错的概率降低。在多次监测了之后，能够对数据有力的比较，通过比较数据，对建筑物的变形情况能够非常有效的进行掌握。有两种控制方式存在于全站仪自动观测装置中：首先，有自动观测系统存在于全站仪本身的机械软件中；其次，利用数据线，将自动存储装置或电脑连接起来全站仪。前者在读取出观测完的数据之后再进行处理，虽然能够简单的操作，但是处理起来比较落后，而后者能够有效的实现实时的分析和处理数据，因此，可以说这种控制方式非常可靠。

通常在应用的时候，由全站仪、控制终端和监测目标一同构成了监测系统，具体的监测主体是由全站仪表现出来的；测量机器人的主要载体也是这个部分；监测系统的核心即为控制终端；其中监测目标按照观测建筑物的具体情形实施操作和规划。

3.应用过程中分析

在变形监测中，对测量机器人进行使用，有这样几个重点内容存在于其中：首先，实现监测过程，重视对数据形成过程；其次，处理监测数据的过程，由数据处理软件系统给予完成；再次，分析监测结果，进而对建筑物变形的速率和趋势进行判断。

3.1实现监测过程

在监测的过程中应用测量机器人，需要对四方面的内容上予以注意：

首先，应该将限差设置出来，就是需要按照相应的限差进行测量，在具体角度测量的时候，这些限差主要在实时计算和对各次测量值有无在限差范围之内进行检测；其次，需要设置出测站，就是将基站号、温度和气压参数、操作机器人信息、测量次数、测站名等参数输入到控制终端中，有助于对数据来源在后期进行区分；再次，对学习模式进行设置，有助于初始观测所要观测的站点，将目标点的初始位置信息获取出来。在自动测量方法中，仪器会按照初始的信息，快速并自动精确的将目标点收索出来。在将标准点粗略的瞄准之后，在学习的形式下，测量机器人会首先实施粗略的瞄准，将各个点的大概垂直角和水平角记录下来。在完全完成了粗略测量之后，也就完全完成了学习设置；最后，向自动测量阶段进入，点击控制终端的自动测量程序，在这种模式下，全站仪将会自动照准检测点。在学习模式的前提下，仪器将会依据以前的顺序实施多次的自行观测，对限差的要求，将会自动的对照，一旦有超时限差的数据出现在其中，系统可以进行询问和提示。在规定的回数中完成了监测测量之后，为了对精度要求上给予满足，需要对全部的凌镜进行更换，之后进行再次的观测。

3.2处理监测数据

在对观测数据获取完成之后，在处理的时候，在控制终端对有关的软件进行使用。在处理这些数据中，变形监测分系统就是其中非常有效的软件。第一，对桌面进行点击，向“变形数据管理”界面中进入，接下来将数据导入进去，之后在处理项目数据，向相应的参数中将处理的数据带入进去。例如，设置评差参数，在将参数设置好了之后，将已知的三维坐标和点数插入进去。进入到评差极端之后，对这个周期中观测点的三维坐标就能够获取出来。

3.3分析监测结果

在将目标点的三维坐标值获取出来之后，对一些事物的变形情况就能够按照具体的情况来判断。当有较为明显的裂纹出现在了监测物中时，因此，需要调整观测的周期，通过观测多个周期，实施分析汇总。依据时间的顺序，分析和处理监测的数据，这样对建筑物变形的速率和发展规律便能够及时预测出来。用折线图的形式就能够将监测的结果呈现出来。通常在一些建筑物有变形情况出现的时候，会有很多的因素会对其带来影响，例如，在矿区或者隧道中，一些外界的干扰因素导致有周期性的位移会出现在建筑物中。总体的分析观测目标点的数据，对建筑物变形可能带来影响及最大的区段可以予以获取。按照会出现的情况，便可以将相应的预案制定出来，对变形带来的不利影响予以降低。

4.结语

近些年来，自动化测量技术的实际应用中就包涵着测量机器人，它在具体工程项目的需要下，将数据采集系统定位为全站仪，对种种环境下开发出来的自动化变形软件进行使用，对数据监测的自动收集、分析和管理上能够有效的给予实现。在应用了这一自动化技术之后，令变形监测能够向着更快捷、准确和高效的方向迈进。它同计算机软件技术的发展有效的结合在了一起，通过较强的数据分析和处理的功能，在监测变形管理的过程中，将测量机器人的作用发挥的淋漓尽致，对于该项技术的推广与发展必将带来巨大的帮助。 [科]

【参考文献】

[1]黄敏.测量机器人在变形监测中的应用[J].技术与市场，2014（06）.

[2]唐争气，吴争鸣，姜波.基于GeoCOM技术的测量机器人在测量中的应用[J].湖南城市学院学报（自然科学版），2009（04）.

篇5：机器人在农业工程中的应用

工业机器人是机电一体化的高新技术产品，主要用于工业自动化生产领域，特别在汽车生产的冲压、焊装、涂装和总装四大生产工艺过程中有着广泛的应用。其中，焊装车间的点焊应用最具代表性。

随着工业自动化水平的提高及生产规模的不断扩大，焊接机器人得以快速发展，同时，机器人离线编程技术得到了发展和完善。由于机器人离线编程技术具有编程不影响机器人工作，并可通过仿真试验程序以及能够实现复杂运动轨迹的编程等诸多优点，成为机器人研究领域的一大热点。

本文总结了离线编程技术在首钢莫托曼机器人有限公司点焊项目中的应用。在离线编程技术应用之前，各厂家点焊项目的程序编制和示教工作通常都在现场进行，包括工具尖端点校准、程序流程编制、干涉区设置、再现检验和测试节拍等。而这些工作是一个循环往复、不断优化的过程，尤其在多台机器人协同作业的工作站，这样的作业模式占用了大量调试时间。为解决这一问题，首钢莫托曼从开始研究离线编程技术，以后逐步应用到具体项目之中，通过不断积累经验，完善提高，使这一技术日趋成熟。

具体应用

从点焊项目的前期准备到具体实施，离线编程技术都发挥着重要作用，具体应用如下：

1.机器人选型和场地布置

离线编程技术能在资本投入之前，鉴别项目的可行性。首先离线编程技术有助于在软件环境中确定项目方案，例如依据生产节拍及场地空间的要求，确定一个工作站需要几台机器人来完成点焊工作、机器人是否需要行走机构等。总体方案确定之后，可以根据焊钳重量、工件大小确定点焊机器人选型。借助仿真软件还可以确定机器人与工件之间的安装位置，包括确定机器人底座高度、机器人与工件之间距离。图1中一台点焊机器人需要兼顾三套工件，在确定夹具位置时，首先利用仿真软件自带的可达性显示功能，图中浅黄色的部分即为机器人可达到的区域，以此为参考初步布置工件位置。当焊钳确定之后，再逐一验证工件上焊点的可达性，确定工件的最终位置。这样的前期工作可靠性很高，不会出现由于机器人和工件位置布置不合理，而造成现场示教时焊点无法达到的情况发生。

2.焊钳选型与焊点可达性验证

在离线编程技术出现之前，焊钳的选型和焊点可达性验证是通过对工件和夹具的数模进行分析，依靠经验完成的，焊钳通常使用标准件。这样的焊钳选型和焊点可达性验证存在一定的风险，曾经发生过到了客户现场发现焊钳与夹具、工件产生干涉的情况，焊钳需要经过反复修改才能达到要求，导致延误了交工时间，并需追加更多成本。

使用离线编程技术可以有效避免类似情况的发生。利用仿真软件，我们可以在订购焊钳之前，对每一个焊点和程序过渡点进行可达性和干涉性验证，当出现干涉情况时，可以非常直观并有针对性地对焊钳钳口形状、喉深和喉宽等参数提出修改意见，直至确定出适合工件上所有焊点的专用非标焊钳。

3.路径优化

点焊项目中，一台机器人的焊点很少集中分布在同一区域，机器人需要通过变换几种姿态才能完成全部焊接工作。如何使机器人在尽量少的姿态变化中完成预定工作，同时又能在焊接过程中避让开与相邻机器人的干涉，这就需要不断优化焊接路径。在现场由于受到调试时间和调试安全性限制，很难通过一次次调整机器人打点顺序来寻找最优路径，而在计算机中使用离线编程技术来优化焊接路径则变得容易很多，

在计算机软件中可以直观地了解工作站中各台机器人的打点位置，从而安排打点先后顺序，避免两台机器人同时出现在同一区域，造成互相等待耽误节拍。而且这些工作在机器人到达现场之前完成，有充足的时间反复尝试，以实现最优。图 3为白车身地板线焊接时的焊接顺序图，这是考虑了相邻机器人打点位置后得出的优化路线。有了这样的路径图做指导，对示教人员了解焊接顺序，提高示教效率有很大的帮助。

4.干涉区设置

对于白车身点焊，一个工作站内通常有4台甚至更多台机器人，工作时机器人之间的干涉很难避免。如图4所示，当机器人1和机器人2同时进行B立柱焊接时，两台机器人会发生干涉。通过路径优化，使机器人2先通过干涉区，这样机器人1和机器人2同时工作时不会发生干涉。但是当机器人2在工作中发生故障停在干涉区中时，后进入干涉区的机器人1就会与机器人2发生碰撞，发生事故。因此，通过优化路径可以节约生产节拍，而机器人之间的安全性就需要通过干涉区设置来保障。尤其是当机器人比较多，焊点分布区域广，干涉区重叠时，有的干涉区不能通过路径优化避免，而必须让其中一台机器人等待，在这些情况下干涉区设置成为点焊项目调试中不可或缺的环节。在离线编程技术使用之前，干涉区由示教人员在现场设置，存在干涉区设置不规范、格式不统一等问题。使用离线技术之后，点焊项目干涉区的设置由离线编程人员在仿真软件中使用统一格式完成，并经过反复验证，既保证了机器人之间的安全，又做到路径最佳。

5.编写程序

离线编程技术的一大特点就是在离线的环境下，生成机器人程序。与在线编程相比，离线编程具有减少机器人停机时间、使编程者远离危险的工作环境和便于修改机器人程序等优点。而且随着离线编程技术的发展，仿真软件在离线时可以直接生成点焊命令和点焊的各个参数，包括间隙文件序号、伺服焊钳序号、压力条件文件序号、焊接条件序号、焊机启动时序和焊接条件组输出，节省了现场输入这些参数的时间。图5为离线程序的生成过程，图中左上角的对话框显示机器人的动作姿态，可以通过六个轴的脉冲值或者工具尖端点的空间坐标值来显示。通过调整脉冲值或者坐标值，能够使机器人达到需要的姿态，完成预定的工作。图5中左下的对话框用INFORM语言记录移动命令和此时的脉冲值，由此生成机器人程序。

6.预测节拍

运行离线程序时，仿真软件能够记录机器人的运动时间，如图6所示。与实际情况比较，软件中运动时间的误差小于5%。在离线技术出现之前，往往只能通过焊点数目估算机器人的动作节拍，这样带来误差比较大，而使用离线编程技术预测节拍，对把握整个生产节奏，预测产量很有帮助。

7.在线应用

编写离线程序的最终目的是在线应用，在线使用离线程序面临的主要问题是安装误差对程序精度的影响。现场安装与图纸一致时，离线程序可以直接使用。如果现场机器人与工具的相对位置和安装图纸差距较大，离线程序不能直接使用，需要找出安装误差的数值，以此对点焊程序进行平移校准，对平移校准后的程序进行微调后即可使用。

在线使用离线程序最大的优点在于离线编程的整体规划性。在整体上把握点焊机器人的路径，姿态和干涉区之后，可以提高示教质量，节约现场示教时间，提高示教的工作效率。据首钢莫托曼对最近几个大型项目的统计，使用离线程序示教，与以往现场示教相比，平均节约80%的示教时间。

结语

篇6：机器人在农业工程中的应用

因为兴趣，所以我选择了机器人概论这门课，虽然只有十多节课，但还是学习、了解不少知识。

研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)、水下军用机器人和空间军用机器人等。在民用机器人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数，成为机器人家族中的主力军；其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用。

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。而传感器作用尤为重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。加之器件集成度的提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，似的机器人的功能越来越强，系统的可靠性提高了、易操作性变得简单而且可维修性变强。而控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。

服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，目前处于开发及普及的早期阶段。

大楼清洗机器人是以爬壁机器人为基础开发出来的，它只是爬壁机器人的用途之一。爬壁机器人有负压吸附和磁吸附两种吸附方式，大楼擦窗机器人采用的是负压吸附方式。磁吸附爬壁机器人也已在我国问世，并已在大庆油田得到了应用。

帮助残障人行走的机器人轮椅已逐渐成为热点。机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见，也是有待研究。

篇7：机器人在农业工程中的应用

格语法在英汉机器翻译系统中的应用研究

简要回顾了机器翻译的历史.针对机器翻译译文质量的改善与提高,提出了一种基于格语法的.内涵表分析法的自然语言处理方法,给出了一种基于语义的内涵表的形式表达方式,以及英汉机器翻译系统中语句处理过程:句子切分、格框架的建立与语句嵌入、简单句的翻译、简单句组合.该方法充分利用了格语法理论以语义为主,语义与句法相结合的特点.通过实例语句的处理,表明了所提出的方法在机器翻译中的可行性与有效性.

作 者：王祁 WANG Qi  作者单位：东北大学,外国语学院,辽宁,沈阳,110004 刊 名：东北大学学报（社会科学版）  PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF NORTHEASTERN UNIVERSITY(SOCIAL SCIENCE) 年，卷(期)： 7(6) 分类号：H085 关键词：机器翻译   格语法   自然语言处理   内涵表  

篇8：机器人在农业工程中的应用

1 智能机器人的结构特征以及分类

1.1 智能农业机器人的特征

和在工业领域被广泛应用的机器人相比较之下, 农业智能机器人具备以下几个突出的特点:

(1) 工作的对象十分复杂:农业智能机器人必须需要很强的识别能力, 并且因此依据从而做出不同的动作, 并且能够力度适中。因为农业领域和工业领域是不相同的, 农作物一般都比较容易受到损伤和破坏的性质, 并且种类不是只有一样, 形状也各具形态, 有的甚至两者之间有着本质上的差别。

(2) 工作的环境也较为复杂:除了受到土地的倾斜度等其他的地形条件的束缚之外, 智能农业机器人的工作环境还受到自然条件的影响, 如季节和大气, 还有阳光的照射等。并且随着时间和空间的不同与变化, 农作物也不断的发生生长的变化, 所以这就必须要求机器人在这变化多样的环境里面进行多样化的开放性作业。

(3) 其操作的要求也十分特殊:要考虑到在农村里面几乎都是没有机械相关知识的老农民, 所以必须要做到智能农业机器人的设计不仅操作简单而且具有非常顶级的可靠性, 耐用性, 以便于来提高农民对于智能农业机器人的的普遍适应性, 熟能生巧, 上手之后做到真正将智能农业机器人广泛的运用于实际生产中。

1.2 智能农业机器人基本结构

智能农业机器人不仅集成了传感器技术、图像识别技术、系统集成技术、人工智能技术和通讯技术等尖端科学技术。而且智能农业机器人还由末端执行器、控制装置、移动装置、机器视觉系统还有传感器等功能的装置所组成。并且农业机器人的目的就是农业生产, 不仅具有信息的强烈感知还有可重新进行编程的功能, 更具有模仿人体的一些肢体动作中一些柔性自动化或者半自动的设备。

1.3 智能农业机器人分类

因为工作的领域不同所以, 智能农业机器人可分为:田间生产机器人、农产品加工机器人和设施农业机器人3个大类, 每一类的农业机器人, 也可以根据工作内容的不同进行深层次的细分成为以下几点。

(1) 设施农业机器人:水果嫁接机器人, 花卉扦插机器人蔬菜收获机器人 (番茄/辣椒/丝瓜) 水果收获机器人 (葡萄/桔子/荔枝) 植物全程机器人 (除草/育苗/移栽)

(2) 大田生产机器人:大田播种机器人 (插秧/播种) 大田收获机器人 (西瓜/甘蓝/谷物) 大田植保机器人 (喷药/除草/施肥)

(3) 农产品加工机器人:肉类加工机器人、挤奶机器人、剪动物毛机器人

2 智能农业机器人在中国的发展概况

中国农业机器人起步较晚, 底子又不厚, 投资规模相对来说很小, 导致发展速度十分缓慢, 因此在现阶段依旧处于研究时期, 但是和发达国家相比较起来, 差距还十分巨大。由于发达国家的起步较早, 因此发展相当迅速。美国以及韩国等已开发出用于收获番茄、丝瓜、黄瓜、草莓、葡萄等蔬菜水果的多种智能农业机器人, 并且工作效率十分高, 质量也十分的稳定。然而这些发达国家已经实现农业生产上的的规模精准化, 并且其农业的快速发展也促进了智能农业机器人的升级应用一直在的不断更新进步。不过经过国内一些研究家的不懈努力, 相比之前我国也还是取得了较多的成果。只不过和发达国家相比起来, 还是有点差距的。

3 在现代农业中的应用

3.1 插秧

智能机器人不仅具有自主性而且还有自行学习进行推理以及判断能力, 并且感知机能、运动机能、思维机能和通信机能是机器人应该具备的四种机能。分别用于内部环境信息, 用来更好地进行自我行动监事;这个适用于外部的环境, 该动作就相当于人的脚和手;对问题进行合理的判断和精准推理;很好的理解出指示命令并做到能和人进行信息的交换。

3.2 杂草处理

该系统可以把田园里面的所有植物都拍摄下来, 然后在拍摄到的图像里把作物和杂草区分出来, 最后利用喷头将除草剂喷洒到杂草上。并且每张600×400像素的图像能够覆盖180×110的占地面积, 然后根据拍摄到的所有图像, 喷头的前进速度是可以通过公式而计算出来的。

3.3 植物的采收

利用智能农业机器人来进行采收农作物, 不仅成功的帮助了农民在农忙的季节里能够加速并且轻松地对农作物进行全面的抢救, 还能够节约人力和时间, 提高了农业生产化的效率, 完美的推进了农业现代化的发展。令我国的农业更加机械自动化还有规范化。

3.4 农作物的搬运

一些农作物在搬运的过程之中非常容易变形和擦伤, 因此导致农民用机器来搬运的时候十分困难, 于是现在便出现了手爪。该机器不会在表面留下手爪造成的抓痕和和痕迹。在现代农业中适用非常广泛, 深受农民的喜爱, 然而本文就蔬菜番茄收获机器手爪作出简图供参考, 详情见图1。

4结语

总而言之, 果蔬分选机器人某些方面取得了较前进的研究成果;而采摘和除草机器人也实现了工作初步的智能化等等之类的机器人都显示着我国的智能农业机器人正处在自动化到无人化的完美过渡阶段。不过总体上, 我国的农业机器人的成本过高和使用率不高, 智能系统还不够完善等问题还是依旧会出现, 在未来还需要更进一步的向高效智能化和精准化的方向快速发展。并且遵循国际先进的农业发展趋势, 提高机器人的性能, 并且能够广泛应用到农业生产中去, 达到农业劳动生产率和妥善提高资源利用率的目标, 最终实现一个农业大国到农业强国的完美蜕变。

摘要：农业机器人技术能十分真实的呈现出一个国家的农业机械化水平, 并且展现国家农业现代化水平的重要标志则是农业机械化水平。然而以美国为代表的发达国家对农业机器人的研究早已开始, 并且已经取得了一些较前进的成果。但是中国的农业机器人发展是比较落后的, 发展时间相对来说也比较晚, 以至于到目前依旧处于初期, 在各个方面都落后于发达国家。

关键词：智能,农业机器人,应用现状

参考文献

[1]李玉林, 崔振德, 张园, 李明福, 罗文杨, 葛畅.中国农业机器人的应用及发展现状[J].热带农业工程, 2014, 04:30-33.

[2]姬江涛, 郑治华, 杜蒙蒙, 贺智涛, 杜新武, 崔丽慧, 刘庆, 何亚凯.农业机器人的发展现状及趋势[J].农机化研究, 2014, 02:1-4+9.

[3]林欢, 许林云.中国农业机器人发展及应用现状[J].浙江农业学报, 2015, 05:865-871.

篇9：机器人在农业工程中的应用

关键词：PLC；工业移动机器人；运动控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

可編程逻辑控制器，简称为PLC（Programmable logic Controller），是以计算机技术为基础的工业控制装置。工业机器人是机器人中的一种，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化的自动花生产设备。机器人的广泛推广，PLC技术也发挥了巨大的作用。原因在于PLC在工业机器人的运动控制方面具有运行简单、性价比高等诸多优点。

一、PLC的主要优点

（1）适应性强，应用灵活。PLC是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。另外PLC品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，可根据需要灵活选用以满足繁简的控制要求。（2）可靠性高、抗干扰性强。PLC生产厂家在硬件方面和软件方面采取了一系列的它抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠的工作。（3）编程简单、使用方便。用微机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。（4）接线简单、功能强、体积小、重量轻、易于实现机电一体化。（5）功能完善，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制功能。

二、PLC在工业机器人上的应用

PLC源于继电控制装置，其初衷就是替代继电器，并增强其相应功能。所以，它的特长就是处理逻辑量。使用它，能够方便地对离散生产过程的顺序进行控制。

下面就分别介绍这五大功能在工业机器人上的应用：（1）顺序控制（开关量控制）。它的目的就是，根据有关开关量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。学会用PLC去实现这个控制就得学会编写实现这个控制的程序。而这个控制程序设计方法基本上有两类：一是用逻辑处理方法，用组合或时序逻辑综合，进行输入、输出变换；另一是用工程方法设计，按不同要求输出控制命令。工程设计可使用分散、集中或混合的算法实现控制。

集中原则（发布命令原则）：其控制命令是由集中控制器发出。这集中控制器就是PLC程序产生的顺序输出的命令。因此可以用在采用步进电机控制的工业机器人上。

分散原则（反馈控制原则）：其控制命令是由分散信号提供。如果把控制输出比喻为发命令，分散控制发出命令的内容及时刻，则是由分散动作完成反馈信号决定。分散控制的优点是，有反馈，若收不到反馈信号，后续的命令不会出现，可使所控制的系统能安全、可靠地工作。因此可以用在由伺服电机控制的工业机器人上。（2）过程控制（模拟量控制）。一般讲，过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。而这个模拟量要能被PLC处理，必须离散化、数字化。PLC处理后，还要锁存并转换为模拟输出。为此，要配置A/D模块，使模拟量离散化、数字化；及D/A模块，使数字量锁存并模拟化。PLC进行过程控制的目的是根据有关模拟量的输入状况，产生所要求的模拟量输出，以使系统能要求工作。过程控制的类型很多。主要有两类：闭环，开环。

闭环控制：传感器监测调节量，并传送给A/D模块。后者使其离散化、数字化。PLC程序再参考要求值，对其进行处理，进而经D/A模块、执行器作用到被控对象上。对于工业机器人很重要一方面的控制是控制关节角度和电机的运行速度。关节角度是模拟量，电机如采用伺服电机就必须采用闭环控制方式。开环控制：传感器监测扰动量，PLC程序依扰动量与调节量间的关系产生控制量，进而再通过摸出模块、执行器作用到被控对象上。其目的是在干扰量作用于系统的同时，这个控制量也作用于该系统，以克服干扰对系统的不利影响。在工业机器人上一般也可以采用开环控制，此时电机基本采用步进电机。

在生产中，有时要求若干变量间保持一定的比例关系，比如两个电机对机器人本体的转角控制。比值控制有开环、闭环及多变量比值等。过程控制用中还有均匀控制。目的是保证左右两轮的速度得以平衡，以达到直线运动的目的。（3）运动控制（脉冲量控制）。主要指：对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是单坐标即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动。有时，还可控制多个对象，而这些对象间的运动可能还要有协调。利用该特点PLC运动控制可用闭环，也可用开环。因此可以在机器人进行开环（步进电机）、闭环（伺服电机）的运动控制。（4）信息控制。也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。在工业机器人上，可以进行对它的信息控制。对机器人的各种内部参数（角度、速度、位移等）、外部参数（定位）进行采集、处理、记录。并在数据显示屏上实时显示。同时，当计算机与其通讯时，还可将其传送给计算机，再由计算机作进一步处理、存储、报表打印及显示。（5）远程控制。是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种通讯接口，有很强的联网、通讯能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。所以，PLC远程控制是很方便的。总之，PLC的五大控制功能在工业机器人上得到充分的应用。

参考文献：

[1]吴振彪，王正家.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

[2]郭洪红.工业机器人技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[3]高安邦.机床电气与PLC控制技术项目教程[M].北京：机械工业出版社，2011.