溫室園藝產業化生產在西方發達國家的水平很高、規模很大。由于受到農業用地狹小的條件限制，荷蘭、以色列、日本等國家發展溫室園藝產業具有明顯的特征：重視種苗培育、建設現代化大型溫室、大量采用智能化計算機控制、生產流程高度自動化。這種植物工廠的專業模式和分工方式能產生非常高的生產效率，大幅提高優質蔬菜、花卉的質量和產出率，能取得很好的經濟效益。在信息化時代到來的今天，依托自動控制技術和信息技術的溫室精準農業是備受關注的焦點，世界各國都在該領域開展研究，取得一系列很有特色的成果，極大地推動了溫室精準農業生產技術的進步。其中，溫室園藝生產機器人無疑是最具代表性的。

由于設施生產是在全封閉的設施內周年生產園藝作物的高度自動化控制的生產體系，可以最大限度地規避外界不良環境影響，具有技術密集型的特點，而溫室園藝機器人能夠滿足這種精細管理和精準控制的需求，并且能夠解決溫室園藝生產的勞動密集和時令性較強的瓶頸問題，大幅提高勞動生產率，改善設施生產勞動環境，避免溫室密閉環境施藥施肥對人體的危害，保證作業的一致性和均一性等。王樹才(2005)指出，目前全世界已經開發出了耕耘機器人、移栽機器人、施肥機器人、噴藥機器人、蔬菜嫁接機器人、蔬菜水果采摘機器人、苗盤播種機器人、苗盤覆土消毒機器人等相對比較成熟的可用于設施園藝生產的農業機器人。機器人技術尤其以日本最為代表性，日本作為最早研究機器人的國家之一，由于其老齡化提前到來引發勞動力缺乏以及人力成本高等問題，從20世紀70年代開始，日本的工業機器人開始快速發展，在經過對汽車焊接、汽車噴漆等工業領域的成功應用之后，日本的農業機器人也開始不斷取得進展。佟玲(1995)指出，日本在20世紀末已經在技術密集型的設施園藝領域開發了多種生產機器人，如嫁接機器人、扦插機器人和采摘機器人等。荷蘭花卉生產非常發達，溫室園藝產業具有高度工業化的特征，每年花卉產業可創造50億歐元的價值。由于溫室園藝產品生產擺脫了土地約束和天氣影響，可以實現按工業方式進行生產和管理，其種植過程可以安排特定的生產節拍和生產周期，產后包裝、銷售也能夠做到與工業生產如出一轍。因此，荷蘭的機器人技術得到快速發展。很多溫室使用機器人實現不分白晝的連續工作，極大地降低了勞動成本。周增產(2001)即介紹了荷蘭農業環境工程研究所開發的黃瓜采摘機器人，它能夠快速到達初步作業位置，視覺系統能夠探測到黃瓜果實的精確位置及成熟度，末梢執行器可以抓取黃瓜果實并將果實從莖稈上分離。由于溫室園藝產業發展的需要以及對高精尖溫室園藝環境控制機器人的需求，這一領域得到快速發展。

標準模塊化機器人的理念在設施園藝生產領域的應用能夠給農業注入巨大的活力。以色列海法市一所大學的研究人員研制的種植機器人選擇可用來運輸的集裝箱作為作物生長環境，選用營養液栽培法來種植蔬菜及其他農作物。這種方法的主要原理是：以水取代土壤作為植物的苗床。每只集裝箱內從播種、澆水直至收獲均由機器人系統操作，箱內的溫度、濕度、光線等，均由機器人細心控制，使農作物一年每一個生長時刻都得到精心的管理。經過試驗，一個運輸集裝箱平均每天可生產的蔬菜比同樣面積的普通農田的產量要高出數百倍。這種基于標準模塊組裝的機器人具備大規模應用的廣闊前景，規模化潛力巨大。

設施生產工廠化育苗精準作業育苗機器人是專門針對西甜瓜等需要專門育苗的作物播種、噴藥的生產需求的。該系統能流水線式作業，自動完成大規模苗盤播種時的自動上土、精量播種、對靶噴藥消毒殺菌等三個環節，一條生產流水線可實現整個環節全部自動化，封閉式作業、流水線工序，是設施生產瓜果、蔬菜、花卉等工廠化育苗的關鍵設備之一。該系統全部采用自動化作業，真空吸種，自動輸送，不銹鋼機架結構造型美觀，不同的精；隹作業模塊采用組合設計，綜合集成了氣、液、電、光等技術成果，采用程序全自動控制。可提高播種的精度，消除土壤病蟲害，減輕勞動者勞動強度。噴藥時采用封閉環境，減少噴藥過程中農藥對人體的危害，提高生產率，降低生產成本。該系統能實現快速流水線作業，是現代設施生產的關鍵設備。該設備非常適合現代農業園區使用，有很好的示范效果。

工作流程為：苗盤首先被傳送帶送到送土位置，完成自動裝土工序，然后自動到達播種位置，由傳感器檢測到苗盤準確位置后，發出信號，自動精量播種機采用真空氣吸技術，將種子吸附在播種器上放種。播種器可完成并排多個播種穴的同時放種，并且可以精確地自動控制每個穴中播種的數量。播種完后，到達噴藥位置，系統可自行完成自動農藥對靶噴灑，能有效地節省農藥并精確定位殺死病菌和害蟲。例如，西甜瓜基地實現播種育苗可以有效為周邊農戶和企業提供育苗作業，具有良好的示范展示作用，為目前國際設施生產地主要發展方向，對于推動溫室自動化精準育苗流水線作業具有重要意義。

一般，移栽作業需要大量手工勞動才能完成，為了解決上述難題，開發了移栽機器人，它能夠代替人工，高效率地進行移苗工作。王樹才(2005)介紹了臺灣KC．Yang等研制的移栽機器人，該設備能把幼苗從600穴的育苗盤中移植到480穴的苗盤中，這種自動化的作業方式能極大地減輕工人的勞動強度。該機器人本體由四自由度工業機器人和SNS夾持器組成，在工作的過程中，依靠系統的視覺傳感器和力度傳感器，能夠做到夾持秧苗而不會對其造成損傷。在秧苗緊挨作業時，每個苗的時間約3s。這樣的工作效率是熟練工人的2倍～4倍，而且不會因為工作單一枯燥和長時間勞動而降低工作質量。因此，該設備非常合適現代溫室園藝的生產過程中的移栽作業。另外，該工作過程可通過計算機控制，實現自動化的標準苗分選，保證種苗的質量，該分選可通過專門的標準苗分選機器人進行(見圖1)。這種機器人作業的模式可以有效解決人為因素導致的種苗分選質量不穩定的問題。

溫室生產中廣泛應用的嫁接技術能有效提高產量、增加作物抗病蟲害的能力，因此越來越多地得到應用。為了解決嫁接過程中勞動強度大的問題，機器人技術較早被引入這個領域。日本對嫁接機器人的研究起步較早。嫁接的對象包括黃瓜、西瓜、番茄等。這種經過嫁接的蔬菜水果更能適應溫室環境并明顯地提高產量和果實品質。機器人利用圖像探頭采集視頻信息并利用計算機圖像處理技術，實現嫁接苗葉的識別、判斷、糾錯等。然后，機器人完成砧木、接穗的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接全過程的自動化作業。全自動的機器人可以同時將砧木和接穗的苗盤通過傳送帶送入機器中，機器人可自動完成整個苗盤的整排嫁接作業，工作效率極高。半自動的機器人通過人工輔助，在嫁接過程中，工人把砧木和接穗放在相應的供苗臺上，系統就可以自動完成其余的勞動作業。

不合理的使用農藥極容易導致人員中毒，全國每年因為施藥機械落后導致中毒的事件有8萬人之多。由于施藥技術直接關系工人的身體安全健康，并關系到對空氣和地下水的危害程度，所以，國外發達國家一直在高效施藥技術領域開展著大量研究工作。機器人技術是根據設施生產中殺菌和病蟲害防治的要求，結合現有的高精尖科技成果，應用光機電一體化技術、自動化控制等技術在施藥過程中按照實際的需要噴灑農藥，做到定量、定點，實現噴藥作業的人工智能化，做到對靶噴藥，計算機智能決策，保證噴灑的藥液用量最少和最大程度附著在作物葉面，減少地面殘留和空氣中懸浮漂移的霧滴顆粒。日本為了改善噴藥工人的勞動條件開發了針對果園的噴藥機器人，機器人利用感應電纜導航，實現無人駕駛，利用速度傳感器和方向傳感器判斷轉彎或直行，實現轉彎時不噴藥。美國開發的一款溫室黃瓜噴藥機器人利用雙管狀軌道行走，通過計算機圖像處理判斷作物位置實現對靶噴藥。周恩浩(2008)對溫室噴藥機器人的導航問題提出了一套視覺方案，并對此進行了理論探討，導航和定位涉及到人工智能的運算算法，是一個比較復雜的問題。溫室噴藥機器人Ehu采用輪式方式行走，可利用輔助標志自動識別道路，噴藥機器人采用循跡方式自走作業，采用超聲波技術和光電技術定位作物，可以實現姿態的靈活調整，非常適合在溫室的光線下進行圖像識別(見圖3)。姿態校正速度明顯高于攝像頭導航的機器人，基本不會偏離作業路徑，可實現持續噴霧作業。

目前國內外研究和投入應用的采摘機器人作業對象基本集中在黃瓜、番茄等蔬菜，西瓜、甜瓜等瓜類，以及溫室內種植的蘑菇等勞動密集的作物。以色列YaelEdan(1995)介紹了用于水果采摘的準確率可達85％的可自行定位和收獲的機器人。英國西爾索研究所研制了蘑菇采摘機器人，它可自動測量蘑菇的位置、大小，并且根據設定值選擇成熟的蘑菇進行采摘，機械手由兩個氣動關節和一個旋轉關節組成，采用頂置攝像頭來確定位置和大小，采蘑菇速度為6個／s～7個／s。日本N．Cond0等人研制的黃瓜采摘機器人為六自由度，利用黃瓜和莖葉的反射率差異來區分黃瓜，采摘速度約為4個／mln。日本Kyoto大學研制的西瓜采摘機器人為五個自由度，配有視覺攝像頭和行走裝置，活動空間大。美國研制的甜瓜采摘機器人使用三個伺服電機驅動機械手，實現三自由度運動。韓國Kyungpook大學研制的蘋果采摘機器人具有最高達3m的機械手，可進行四自由度運動，末端執行器采用三指夾持的方式，輔助壓力傳感器避免損傷蘋果，識別率達到85％，采摘速度為7個／s。應用于溫室蔬菜和水果生產的機器人采用視覺識別模式來確定果實的位置并調整機械手的位置，由于光線和葉面的遮擋，準確率受到很大影響，因此，相關的算法還需要不斷優化，以滿足設施生產的環境要求和生產準確度。

利用仿形技術開發的機器人除了具備完美的外觀之外，其智能控制技術的集成應用可以代替人來控制室內環境，并且能夠實現環境的精確控制。韓國國立全南大學研制的鮮花機器人外形模仿普通開花植物，機器人高度為130cm，最大直徑40cm，而且能夠自動分析室內空氣的質量根據程序設定對空氣進行加濕處理、釋放氧氣，還能釋放空氣清新劑的香味。該機器人充分的仿生功能使其還能夠生長和開花。該鮮花機器人可以將花朵朝向說話的人的方向，也可以根據音樂的節奏開合花瓣。

休閑和科普功能也是設施農業的一個重要組成方面，仿形機器人的外形具有很好的親和力，因此，在設施農業發展過程中將會扮演重要的角色。

溫室園藝生產依托的高效率、高投入、高產出的管理模式要求應用大量的高新技術，機器人技術在該領域的應用是國內外研究和應用的熱點。真正意義上的機器人、半自動農業機械在界限上沒有嚴格的區分，但是完全代替人或者大部分代替人從事繁重體力勞動，通過自動識別農作物和自動調整姿態實現無人操作的智能農業機械都可以歸入農業機器人的范疇。溫室園藝生產的高投入高產出的特點決定農業機器人技術的發展前沿將集中在該領域。因此，在溫室園藝環境下，在生產和應用思想指導下，通過大量實際環境測試和研究的圖像識別算法、姿態控制算法、機械末端執行器，將是溫室園藝機器人發展的重點。由于農田環境的多變性和對象復雜性，生產對象不如工業品那樣單一和標準，因此農業機器人相比工業機器人面臨更多的技術障礙。溫室園藝的生產環境相比大田環境在光線、風速、溫度等氣象條件方面相對較穩定，而且產品附加值較高，反季節也可生產，因此未來的機器人技術在溫室園藝生產上的應用有廣闊的發展空間。

來源：農業種植網