高 勇，陳中武，李沐桐，何 林

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510630）

0 引言

果園種植作為農(nóng)業(yè)體系的重要組成部分，憑借較高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境凈化、園林美化等優(yōu)勢，已經(jīng)成為全球公認(rèn)的高價值農(nóng)產(chǎn)品品類之一。規(guī)范化的果園種植產(chǎn)業(yè)一般包括地塊耕整、育苗栽種、水肥灌溉、除草修枝、病蟲害防治、采收運(yùn)輸、加工銷售等關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。其中，尤以灌溉、除草、防蟲等中耕管理環(huán)節(jié)的周期最長，也最為耗時費(fèi)力。特別是在適宜果樹生長的特定季節(jié)和氣候環(huán)境下，雜草生長速度顯著加快、繁殖勢頭更為旺盛，與果樹之間形成明顯的競爭關(guān)系，直接影響著果樹的生長質(zhì)量與果實(shí)產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球已發(fā)現(xiàn)的三千多種雜草中，超過六成對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物收成產(chǎn)生巨大影響與危害[2-3]。因此，及時清除或控制雜草的肆意生長，保障果樹的土壤養(yǎng)分、水源和陽光等資源，避免果園病蟲草害的發(fā)生，是保證果園產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)、果農(nóng)收入的重中之重。

溯古通今，除草一直是勞動密集型環(huán)節(jié)，常見的除草方式主要有人工除草、化學(xué)除草、生物除草、機(jī)械除草。人工除草是最傳統(tǒng)的作業(yè)方式，雖然靈活方便且效果較好，但是工作強(qiáng)度大、勞動效率低，且隨著農(nóng)村勞動力逐漸減少，以人工為主的除草方式越來越不能適應(yīng)作業(yè)需求?；瘜W(xué)除草主要指將化學(xué)藥劑噴涂在苗草的莖葉上，達(dá)到抑制或殺滅雜草的目的；其優(yōu)點(diǎn)是見效快、人力負(fù)擔(dān)小，但是缺點(diǎn)也很明顯：容易四處撒濺而誤傷作物，且與當(dāng)前越來越重視的食品安全等主流社會意識相悖。生物除草是一種較為先進(jìn)的方式，利用微生物、昆蟲、植物、小型哺乳動物等與雜草的天然競爭關(guān)系來建立多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，從而限制或減少雜草的生長和繁殖；這種環(huán)境友好型方式有助于維持生態(tài)平衡，但是技術(shù)尚不成熟、且適用的作物類型有限。機(jī)械除草則是借助鋤頭、耙子、割草機(jī)等機(jī)械工具清除農(nóng)田雜草，突出優(yōu)點(diǎn)是簡單便捷、減少人工依賴，但是在大面積片區(qū)作業(yè)的大型機(jī)械維護(hù)困難、易導(dǎo)致土壤壓實(shí)板結(jié)。為了提高除草效率、解決勞動力不足等問題，乘著人工智能等先進(jìn)技術(shù)快速發(fā)展的東風(fēng)，自動化和智能化的除草機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生[4-6]。

除草機(jī)器人是一類具有自主導(dǎo)航、雜草識別、自動除草等能力的自主操作機(jī)器人系統(tǒng)，可幫助維護(hù)農(nóng)田、果園、設(shè)施大棚、園藝場地等園區(qū)的植物健康。它不僅可以代替或輔助人工進(jìn)行全天候工作，從而有效解決勞動力不足問題并降低人力成本；而且可以減少對化學(xué)農(nóng)藥的依賴，從而保障食品安全并維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展；還可以搭載不同工具，同時開展農(nóng)情監(jiān)測、作物估產(chǎn)等多項(xiàng)農(nóng)事工作，還能適應(yīng)多樣化非結(jié)構(gòu)地形和氣候條件，從而顯著提高雜草管理效率[7-8]。此外，隨著各個國家積極出臺相關(guān)政策文件大力推動農(nóng)業(yè)裝備和農(nóng)業(yè)工作的數(shù)字化、信息化、智能化變革，以期在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，智能除草機(jī)器人也越來越受到國內(nèi)外專家和學(xué)者的青睞[9-13]。與常見的大田除草機(jī)器人相比，果園除草機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人中的生力軍，雖然它面臨的作業(yè)環(huán)境比平整大田更為崎嶇復(fù)雜，但是學(xué)者們憑借各種奇妙構(gòu)思與優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其理論研發(fā)與落地應(yīng)用也在如火如荼地展開。

果園除草機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)、機(jī)械工程、人工智能、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、農(nóng)業(yè)工程等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，其共性關(guān)鍵技術(shù)包括作業(yè)機(jī)具開發(fā)、本體設(shè)計(jì)、環(huán)境感知、作物識別、決策控制等，分別對應(yīng)著智能機(jī)器人的“手腳眼腦”等關(guān)鍵部位。但是，相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用尚不成熟，而且市場上尚未出現(xiàn)量產(chǎn)的果園除草機(jī)器人，這嚴(yán)重制約了果園管理環(huán)節(jié)的高質(zhì)量發(fā)展。為了厘清果園除草環(huán)節(jié)的智能化進(jìn)程，本文圍繞國內(nèi)外研發(fā)的無需人工駕駛或手扶的果園除草機(jī)器人裝備，梳理其環(huán)境感知與作物識別、移動本體設(shè)計(jì)與控制、除草機(jī)構(gòu)與機(jī)制研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)現(xiàn)有研究成果的不足，展望未來發(fā)展趨勢，以期為研發(fā)出更加實(shí)用、更加自主、更加智能的果園除草機(jī)器人提供參考思路和技術(shù)借鑒。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 智能感知與識別技術(shù)

果園除草機(jī)器人的智能感知與識別技術(shù)是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的“眼”，主要包括對作業(yè)環(huán)境的地圖構(gòu)建和導(dǎo)航、對果樹和雜草的智能識別。感知與識別能力的強(qiáng)弱直接影響了機(jī)器人行駛路徑精度、雜草清除效率、果樹保護(hù)與果園避障效果。

果園除草機(jī)器人通常使用全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光雷達(dá)、攝像頭和慣性導(dǎo)航等傳感器技術(shù)，使機(jī)器人能夠精確導(dǎo)航并避開障礙物。韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院[14]基于視覺處理技術(shù)采用樸素貝葉斯分類方法檢測蘋果園樹干與地面之間的邊界，并提出了一種確定自由空間中心線的算法，為果園除草機(jī)器人的自主作業(yè)提供運(yùn)動路徑和導(dǎo)航信息。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)李君教授團(tuán)隊(duì)[15]利用GPS 獲取機(jī)器人在果園中的全局絕對位置信息，配備16 線激光雷達(dá)感知周邊環(huán)境，并融合由慣性測量單元（IMU）獲取的高頻機(jī)身姿態(tài)信息實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，進(jìn)而提出改進(jìn)人工勢場法，實(shí)現(xiàn)了四輪差動機(jī)器人的局部路徑規(guī)劃。重慶理工大學(xué)的蔣睿[16]在一款電動履帶底盤上搭載雙目相機(jī)獲取果園環(huán)境圖片，基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的YOLOv4 算法構(gòu)建果樹樹干的識別模型，而后采用SGBM 算法匹配構(gòu)建果樹坐標(biāo)地圖并采用最小二乘法擬合生成導(dǎo)航中心線，如圖1 所示。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)者[17]提出基于機(jī)器視覺和K-均值聚類技術(shù)的中軸提取導(dǎo)航方法，基于該導(dǎo)航方法的履帶式移動底盤在果園環(huán)境中測試的最大跟蹤偏差為14.6 mm。

圖1 果樹識別與導(dǎo)航中心線擬合效果圖[16]

在智能識別方面，通過廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使機(jī)器人能夠識別并區(qū)分果樹與雜草，從而有針對性地開展除草工作。葡萄牙貝拉內(nèi)陸大學(xué)學(xué)者[18]對深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DCNN）在作物和雜草檢測識別方面的應(yīng)用效果進(jìn)行了深入分析（如圖2 所示），并將改進(jìn)的感知識別算法集成于嵌入式邊緣設(shè)備Jetson Nano 中，而后在一款輪式除草機(jī)器人上對識別算法進(jìn)行了驗(yàn)證。黑龍江佳木斯大學(xué)的史婷婷等[19]利用二維激光雷達(dá)測量果樹的外形輪廓，再利用云臺搭配雙目攝像頭來全方位識別雜草的幾何信息。西南大學(xué)呂沐華等[20]綜合應(yīng)用2G-R-B 模型、OTSU 閾值分割與二值形態(tài)學(xué)濾波技術(shù)搭建了一套適用于果園環(huán)境的機(jī)器視覺系統(tǒng)，提高了果園噴藥除草機(jī)器人視覺系統(tǒng)的圖像分割可靠性及識別精度。河北科技大學(xué)的李春明等[21]提出基于快速區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Fast R-CNN）與生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）的雜草識別算法，識別準(zhǔn)確率超過95%，可用于園林雜草的實(shí)時檢測清理環(huán)節(jié)。

圖2 基于DCNN 的苗草語義分割示意圖[18]

綜上所述，智能感知與識別技術(shù)是果園除草機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動作業(yè)的關(guān)鍵，學(xué)者們針對具體作業(yè)環(huán)境探索了個性化的感知與識別方式，其主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示，為了彌補(bǔ)現(xiàn)有方法的不足，未來將朝著更加多元、融合的趨勢發(fā)展。

表1 智能感知與識別技術(shù)分類及優(yōu)缺點(diǎn)

1.2 移動本體設(shè)計(jì)與控制

果園除草機(jī)器人的移動本體相當(dāng)于機(jī)器人的“腳”，主要功能是讓機(jī)器人在多樣化的地形環(huán)境中平穩(wěn)越障并自由行駛。一般來說，移動本體還應(yīng)具有較好的負(fù)載能力，不僅要容納集成控制系統(tǒng)這一“大腦”，還要為動力系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)等提供充足的空間，它們共同構(gòu)成了果園除草機(jī)器人的主軀干。

迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)了多種多樣的移動本體底盤。日本東京農(nóng)業(yè)技術(shù)大學(xué)的研究人員[22]研發(fā)了一款輪式除草機(jī)器人RLM，如圖3 所示，可清理平均高度為44±15 mm 的雜草，該機(jī)器人能夠有效應(yīng)對梨園除草過程中的落果和撞樹等挑戰(zhàn)。德國霍恩海姆大學(xué)[23]研制的葡萄園行間除草機(jī)器人采用履帶式移動底盤，如圖4 所示，通過2 臺無刷電機(jī)驅(qū)動行駛時可負(fù)載500 kg，整機(jī)由搭載i5 處理器的嵌入式計(jì)算機(jī)編程控制，并配備2D 激光掃描儀、聲吶傳感器和IMU 跟隨樹木和藤蔓行。泰國學(xué)者[24]設(shè)計(jì)的遙控履帶式割草機(jī)器人，安裝有網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可通過視覺系統(tǒng)反饋控制2 個直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變機(jī)器人的運(yùn)動軌跡。印度賈瓦哈拉爾·尼赫魯大學(xué)[25]研制的仿蜘蛛型腿足式機(jī)器人由太陽能電池板提供動力，如圖5 所示，采用Arduino 和超聲波探測器控制機(jī)器人躲避障礙物，可以同時進(jìn)行割草和噴施液態(tài)肥工作。日本筑波大學(xué)的NISHIMURA 等[26]開發(fā)了一款如圖6 所示的螺旋槳 -輪式復(fù)合除草機(jī)器人，可在最大60°的丘陵山區(qū)斜坡上穩(wěn)定運(yùn)動并執(zhí)行割草任務(wù)，其運(yùn)動速度為0.16 m/s，采用鋰電池供電，每次可連續(xù)工作23 min 并覆蓋66 m2的區(qū)域。

圖3 梨園除草機(jī)器人RLM[22]

圖4 葡萄園行間除草機(jī)器人[23]

圖5 仿蜘蛛型腿足式割草機(jī)器人[25]

圖6 螺旋槳-輪式復(fù)合除草機(jī)器人[26]

由廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所與中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司聯(lián)合研發(fā)的丘陵果園除草機(jī)器人（如圖7 所示），采用電液一體化驅(qū)控系統(tǒng)，通過CAN 總線通信方式遙控仿形履帶底盤實(shí)現(xiàn)直行和轉(zhuǎn)向運(yùn)動，該機(jī)器人的行駛速度為6.2 km/h，可攀爬25°斜坡路面，并在柑橘園完成了除草測試應(yīng)用工作[27-28]。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的龔政[29]以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為控制核心，將電驅(qū)系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、多傳感器導(dǎo)航系統(tǒng)等集成在一塊硬件芯片上，搭建了一款輕型履帶式行走底盤，可在果園壟間實(shí)現(xiàn)除草和避障功能。蘭州理工大學(xué)劉永平等[30-31]針對果園矮砧密植栽培模式，研制了一臺割刀前置懸掛的輪式除草機(jī)器人，其行走和割草動力均由電池組提供，采用Arduino 作為主控制器并集成無線通信和超聲波測距模塊實(shí)現(xiàn)避障功能。安徽工業(yè)大學(xué)與汕頭大學(xué)[32]聯(lián)合研發(fā)的除草機(jī)器人（如圖8 所示），則以電驅(qū)四足為本體平臺，憑借腿足離散支撐行走的優(yōu)勢，可以在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)。佳木斯大學(xué)[19]設(shè)計(jì)的全地形智能高桿果園除草機(jī)器人（如圖9 所示），采用伸縮可切換式復(fù)合輪履結(jié)構(gòu)，由STM32 單片機(jī)根據(jù)壓敏電阻值切換輪履模式，從而更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的路況。

圖7 丘陵果園除草機(jī)器人[27]

圖8 四足激光除草機(jī)器人[32]

圖9 伸縮可切換輪履式果園除草機(jī)器人[19]

綜上所述，現(xiàn)有的移動本體平臺主要包括輪式、履帶式、腿足式與復(fù)合式，它們的優(yōu)缺點(diǎn)匯總于表2中?？梢灶A(yù)見，為了更好適應(yīng)多樣化的作業(yè)地形，集多種底盤優(yōu)勢于一體的復(fù)合移動本體將受到更多重視。

表2 移動本體類型及其優(yōu)缺點(diǎn)

1.3 除草機(jī)構(gòu)與機(jī)制研發(fā)

果園除草機(jī)器人的除草機(jī)構(gòu)與機(jī)制可以看作是機(jī)器人的“手”，主要負(fù)責(zé)在感知識別系統(tǒng)的引導(dǎo)下精準(zhǔn)地管理雜草。通常來說，除草機(jī)構(gòu)與除草機(jī)制方法應(yīng)根據(jù)果園環(huán)境條件和移動本體架構(gòu)進(jìn)行配套開發(fā)，以便在確保果樹不被破壞的前提下實(shí)現(xiàn)作物行間和株間的精細(xì)化除草。

NISHIMURA 等[26]從安全和輕量化角度考慮，使用尼龍繩進(jìn)行割草作業(yè)，如圖10 所示。葡萄牙學(xué)者[18]將噴嘴安裝于笛卡爾機(jī)械手末端，通過視覺伺服的方式進(jìn)行精確除草作業(yè)。美國伊利諾伊大學(xué)的JEON 等[33]開發(fā)了一種直接施用化學(xué)品的末端執(zhí)行器（如圖11 所示），即通過5 自由度機(jī)械臂控制末端執(zhí)行器精確地將化學(xué)藥劑擦拭于雜草莖稈的切割面上，等待大約6—10 天后雜草在化學(xué)物質(zhì)作用下死亡，這種通過微量除草劑控制雜草生長的方案可以防止環(huán)境污染。REISER 等[23]制造了一種電動分蘗頭旋轉(zhuǎn)除草機(jī)具，由直流電機(jī)驅(qū)動，通過皮帶傳動帶動齒輪箱和傳動軸，可用于葡萄園等果園環(huán)境中的行間除草。

圖10 尼龍繩割草機(jī)構(gòu)[26]

圖11 直接施用化學(xué)藥劑除草的末端執(zhí)行器[33]

張良安等[32]采用激光除草方式進(jìn)行作業(yè)。呂沐華等[20]設(shè)計(jì)的果園噴藥除草機(jī)器人，在4 自由度機(jī)械臂末端安裝高壓霧化陶瓷噴嘴，以實(shí)現(xiàn)對指定雜草目標(biāo)的高精度噴藥作業(yè)。劉永平教授團(tuán)隊(duì)[30,34]通過對土壤材料模型和不同割刀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析，設(shè)計(jì)了平面圓弧割刀為最優(yōu)除草工具，相應(yīng)的切削阻力和功率消耗都較小，同時設(shè)計(jì)了絲杠滑臺和懸架彈簧來升降割刀臺以保證作業(yè)的平穩(wěn)性。史婷婷等[19]針對高桿果園環(huán)境，設(shè)計(jì)了梳齒狀行間除草耕耘鋤以及由鋼絲軟軸傳動的株間除草彈齒盤，如圖12、圖13 所示，通過自由調(diào)節(jié)刀具高度采用機(jī)械翻埋的方式達(dá)到行間和株間除草的目的。

圖12 行間除草耕耘鋤[19]

圖13 株間除草彈齒盤[19]

綜上所述，常見的果園除草機(jī)構(gòu)與作業(yè)機(jī)制有尼龍繩割草、激光除草、對靶噴藥除草、機(jī)械機(jī)具除草等，其優(yōu)缺點(diǎn)對比匯總于表3 中。為了在果園中達(dá)到快速精細(xì)的片區(qū)除草效果，研制同時具備行間和株間除草能力的通用機(jī)械裝備將是大勢所趨。

表3 除草機(jī)構(gòu)與機(jī)制類型及其優(yōu)缺點(diǎn)

2 存在問題與發(fā)展趨勢

2.1 問題與不足

果園除草機(jī)器人是智能農(nóng)機(jī)裝備的重要組成部分，其研發(fā)與應(yīng)用在智慧果園建設(shè)和管理中發(fā)揮著舉足輕重的作用。雖然國內(nèi)外學(xué)者針對特定果園環(huán)境開發(fā)了各具特色的除草機(jī)器人樣機(jī)，但是大多還處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，且現(xiàn)有機(jī)器人本身也存在一些共性問題，主要包括以下幾個方面。

1）續(xù)航能力不足。除草機(jī)器人大多以純電驅(qū)或純液壓提供動力，但是電池充電效率和使用壽命有限，而且液油壓容量有限，難以維持大片區(qū)、高負(fù)荷、長時間的除草作業(yè)，需頻繁更換動力源，嚴(yán)重限制了機(jī)器人全天候作業(yè)能力的發(fā)揮。

2）自主導(dǎo)航能力不達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)有除草機(jī)器人多依賴較為成熟的GPS 技術(shù)進(jìn)行定位導(dǎo)航，但其易受果樹遮擋的影響，且在溫室大棚內(nèi)的應(yīng)用效果不佳。基于視覺、激光雷達(dá)、慣性測量的導(dǎo)航技術(shù)雖然在局地定位導(dǎo)航的效果尚可，但是易受噪聲干擾而出現(xiàn)較大的累計(jì)誤差。

3）移動底盤通用性不強(qiáng)。雖然已開發(fā)的各種移動底盤在特定果園環(huán)境中具有較好的通過性，但是對地形條件有太多假設(shè)限制，無法在快速移動性與非結(jié)構(gòu)化地形適應(yīng)性之間取得平衡。這導(dǎo)致大多數(shù)除草機(jī)器人都要定制開發(fā)，從而帶來較高的制造和維護(hù)成本。

4）株間除草質(zhì)量欠佳。株間除草屬于精細(xì)化作業(yè)范疇，尤其依賴于機(jī)器人對果樹和雜草識別的精準(zhǔn)度。在行間除草表現(xiàn)良好的機(jī)具不一定適合株間除草，特別是靠近樹根和樹干的地方，極易誤傷果樹。而具有株間除草能力的部分機(jī)具，其除草效率比較低下，也無法將雜草完全清除干凈。

2.2 研究趨勢展望

為了提高果園除草機(jī)器人的工作性能、作業(yè)效率和可持續(xù)性，彌補(bǔ)現(xiàn)有機(jī)器人裝備的不足，未來可在以下幾個方面開展更多的創(chuàng)新研究與落地應(yīng)用。

1）配備清潔綠色混合動力能源。未來的果園除草機(jī)器人將趨向使用更環(huán)保的能源系統(tǒng)。即使用清潔綠色的混合動力能源，如太陽能、風(fēng)能或高效能源電池以及多種動力源組合形式，不僅可以減少碳排放、降低對有限能源的依賴，而且可以有效提升機(jī)器人的作業(yè)續(xù)航能力，充分發(fā)揮智能機(jī)器人的全天候工作優(yōu)勢。

2）優(yōu)化組合導(dǎo)航和感知識別技術(shù)。結(jié)合GPS、視覺、激光雷達(dá)、慣性測量等導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)勢，采用多傳感器信息融合技術(shù)，使機(jī)器人能夠根據(jù)作業(yè)環(huán)境和作業(yè)任務(wù)的動態(tài)變換與優(yōu)先級別自主切換導(dǎo)航和識別功能，從而更加精確地區(qū)分果樹、雜草、行人與障礙物等，為進(jìn)一步操控行駛底盤和作業(yè)機(jī)具提供先驗(yàn)信息保障。

3）研制復(fù)合移動本體以及多功能除草機(jī)具。復(fù)合式移動本體集輪履足平臺的優(yōu)勢于一身，既可以在平原、丘陵地帶快速行駛，又可以在陡坡山地環(huán)境中順利通過，憑借輕量化、集約化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對各種果園布局和地形環(huán)境均具有較高的適應(yīng)性。同時搭載具有行間和株間除草能力的仿形作業(yè)機(jī)具，可根據(jù)地形起伏自適應(yīng)調(diào)節(jié)作業(yè)姿態(tài)，從而提高除草質(zhì)量和效率，并延長除草機(jī)具的使用壽命。

4）完善多機(jī)群控與協(xié)同作業(yè)技術(shù)。單機(jī)作業(yè)能力畢竟有限，不適合在較大片區(qū)的規(guī)?；瘓@林中獨(dú)立作業(yè)。研究并應(yīng)用多機(jī)群控與協(xié)同作業(yè)技術(shù)，不僅可以同時調(diào)度多臺機(jī)器人以覆蓋更加廣闊的果園區(qū)域，提高除草效率并縮短作業(yè)周期，而且可以操控搭載不同工具的機(jī)器人同時執(zhí)行除草、數(shù)據(jù)采集、果園巡檢等多項(xiàng)任務(wù)，提升果園監(jiān)管效益，還可以在多機(jī)群控系統(tǒng)之間共享數(shù)據(jù)和資源，相互監(jiān)測作業(yè)狀態(tài)和運(yùn)行故障，以便及時反饋和發(fā)現(xiàn)問題，有效降低機(jī)器人的維護(hù)周期和成本。

3 總結(jié)

果園除草機(jī)器人是智慧果園和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理的有力工具，不僅有益于減少化學(xué)農(nóng)藥對土壤和環(huán)境的污染，而且有助于降低人工依賴和人力成本，極大地提高了果園除草效率，有效地改善了果園管理的質(zhì)量。通過綜述國內(nèi)外文獻(xiàn)及成果，可以看到果園除草機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。在環(huán)境感知與智能識別方面，各種傳感器和智能識別系統(tǒng)的應(yīng)用使機(jī)器人能夠更準(zhǔn)確地檢測果樹和雜草，從而避免誤傷果樹。本體設(shè)計(jì)與控制方面的創(chuàng)新，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性和機(jī)動性，使其能夠適應(yīng)不同果園環(huán)境。配套除草裝置的研發(fā)和應(yīng)用，則提高了果園管理的效率。雖然已開發(fā)的機(jī)器人還存在續(xù)航不足、導(dǎo)航不達(dá)標(biāo)、通用性不強(qiáng)等方面的共性問題，但是隨著研究人員在清潔能源、組合感知、復(fù)合本體、協(xié)同群控等技術(shù)領(lǐng)域的不斷探索與創(chuàng)新，未來研發(fā)的智能果園除草機(jī)器人將為智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的革新升級與可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。