摘要：随着全球人口增长和食物需求上升，农业生产面临着前所未有的挑战。农业机器人技术作为提高农业生产效率和可持续性的关键手段，已成为研究的热点。本文综述了农业机器人底盘技术的发展现状，包括轮式、履带式和腿式机器人底盘的特点与应用。通过分析田间除草机器人和自动授粉机器人等实例，探讨了农业机器人底盘关键技术的应用和发展趋势，强调了智能化和自动化在农业机器人领域的重要性。

关键词：农业机器人；底盘技术；轮式机器人

一、农业机器人底盘发展现状

国外在农业机器人底盘的发展现状方面，已经取得显著进展，特别是在智能化和自动化技术的应用上。美国、日本、德国、荷兰等国家领先于农业机器人技术的研发和应用，其中：美国农业机器人技术广泛应用于大型农场，实现了高度信息化的管理和操作，利用产量监控器和专业系统通过桌面和移动APP进行农场管理。日本重视农业机器人在农产品流通环节的应用，发展了农业技术情报网络系统，通过高科技手段提高农业生产和流通效率。德国推广“农业4.0”概念，农业机器人底盘多采用GPS导航系统，实现了农业生产的精确作业和数字化管理。荷兰在温室农业方面应用农业机器人技术，推动了全自动化控制系统的发展，减少了人力成本，提高了生产效率[1]。

相比国际先进水平，中国在农业机器人底盘技术方面正逐步发展，目前已成功开发犁地、收割、采摘等多功能机器人。这些机器人集成了驱动、移动、液压、转向及制动等关键系统。例如，翟长远团队结合无人驾驶、机器视觉技术与甘蓝收割技术，开发出能够自动定位、采收并传输甘蓝的自主收获机器人[2]。在农情监测领域，罗锡文和何勇的研究团队采用无人机、结构光技术及地面无线感应网络，有效收集农田数据和植物三维结构，实现了广覆盖、高可靠性的信息采集。此外，李南等人设计的电动锄草机器人，通过机器视觉识别作物与杂草，实现精准锄草，杂草清除率达90%，显著减少作物损伤。这些进展展示了中国农业机器人技术在实现精准农业和提高农业业效率方面的潜力。

二、农业机器人底盘种类

（一）轮式机器人底盘

轮式农业机器人的底盘由框架、电磁摩擦锁、动力供电单元、中心控制单元和转向系统等部件组成。在直行或刹车时，控制系统使电磁摩擦锁固定，防止驱动轮相对框架旋转。转向时，减少电磁锁电流使其解锁，允许驱动轮旋转。这一设计使得机器人能够实现多种行进模式，包括横向移动、斜向移动和原地旋转，适应狭窄或有障碍的农业环境。底盘的前轮转向遵循阿克曼准则，根据轴间距离和轮间距离，确定转向角度。转向时，各轮的速度调整确保准确转向，主要控制轮基于其他轮的速度进行调整[3]。控制系统以STM32F103ZET6微控制器为核心，收集转角和转速信号，通过PWM控制轮毂电机速度，并控制电磁锁的开闭。系统采用位置式PID和增量式PID算法调整轮速，以实现精准控制。PI控制策略用于优化启动转矩和调速范围，通过实验调整控制参数，确保转向精度和响应速度。

（二）履带式机器人底盘

履带式机器人移动平台因其卓越的机动性、强大的越野能力、高度的灵活性、强大的环境适应性和载重能力而受到青睐。尤其在复杂地形和极端环境下，履带底盘相比轮式平台展现出更佳的性能。这种移动平台通过调节两侧履带的速度差来实现精准转向。在软土地面上，其产生的最大牵引力取决于土壤的剪切强度，不同土壤类型对履带的影响也各不相同。履带与地面的接触压力遵循特定的物理模型，影响其在不同路况下的性能表现。

履带式农业机器人的设计多样，包括带有履带臂和无履带臂的版本，其中复合式履带机器人可根据地形调整，优化通过能力。此外，不同的履带设计和材料也对其越障和驱动性能产生影响，因此根据作业环境的需求选择合适的履带类型是关键。使用履带式平台的农业植保机器人具有多种优点，如紧凑的设计使其能够在狭窄的作物间作业，强大的载重能力减少了装药频率，提高了工作效率。然而，这类机器人也存在一些不足，包括较慢的移动速度、高能量消耗和行驶机构的快速磨损，这可能会对田地和作物造成损害。

（三）腿式机器人底盘

在严峻的农田和野外环境中，不平坦和不规则地形普遍存在。与轮式或履带式机器人相比，腿式农业植保机器人能够更灵活地应对这些挑战，其移动轨迹由一系列离散点构成，允许其穿越岩石、泥土、沙地甚至是陡峭斜坡等障碍物。由于其点对点的接触方式，腿式机器人在不破坏作物的同时，能够在崎岖地面上稳定行驶。然而，腿式机器人也存在明显的不足，包括高能量消耗、低工作效率和复杂的腿部协调控制问题，这些问题限制了其负重能力和实际应用范围[4]。因此，研究者们较少关注纯腿式机器人，而是转向开发轮腿或履腿等复合式机器人。这些复合式设计结合了腿式机器人的优势和轮式机动性，提高了机器人的稳定性和适应性，增强了在复杂环境下执行任务的能力。

三、农业机器人底盘关键技术应用实例

（一）田间除草机器人

农业领域的机器人技术迅速发展，尤其在底盘设计和感知系统方面取得了显著进展。例如，中国研发的田间除草机器人展示了底盘技术的创新应用，它能每小时清除10万株杂草，显示出卓越的工作效率。该机器人采用适应多种地形的底盘，结合自主驾驶系统和多种感知器件，如视觉传感器和GPS，实现精确定位和智能导航。

除草机器人通过机械手臂和精密夹具或喷洒系统执行除草任务，凭借先进的图像识别和深度学习算法，能够区分作物与杂草。其能源供应系统包括太阳能电池板和高效电池，确保了长时间持续作业的能力。此外，该机器人还配备了安全保护措施，如防撞传感器和紧急停止按钮，确保作业过程的安全性。此外草机器人的开发体现了智能农业机械化的新趋势，通过集成多种传感器和智能算法，实现了对农田的高效、精准管理，同时提高了农业生产的自动化水平，为未来农业机器人技术的发展和应用提供了有力的示例。

（二）自动授粉机器人

西北农林科技大学机械与电子工程学院的傅隆生教授团队，近日在杨凌国际猕猴桃创新创业园成功测试了他们自主研发的猕猴桃自动授粉机。这台机器人标志性地将科研成果转化为实践应用，为农业现代化贡献了重要力量。该授粉机器人采用高精度摄像头进行花朵识别，通过先进的控制系统指挥机械臂和喷头精准对准目标花朵执行授粉作业。机器人整合了最新的AI技术和智能机械臂技术，展现出了高达95%的识别率和90%的授粉准确率，同时实现了花粉量的20%节省。此外，傅隆生教授透露，未来将进一步提升机器人的工作效率，通过增加喷头数量和结合我国先进的底盘技术，使其配备多个机械臂。他们的目标是通过一机多用策略，使机器人能够适应更多农业作业，如果实采摘和疏蕾等，为我国农业现代化和猕猴桃产业发展提供强有力的技术支持。

四、结语

农业机器人底盘技术的发展正处于迅速进步的阶段，涵盖了轮式、履带式、腿式等多种底盘形式，各具特点，满足不同农业环境和作业需求。通过实际应用案例，如田间除草机器人和自动授粉机器人，展示了农业机器人在提高作业效率、减少人力需求方面的巨大潜力。未来，随着人工智能、机器视觉、自动导航等关键技术的进一步集成和优化，农业机器人将更加智能化、高效化，为实现农业生产的现代化、自动化提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1]魏峰. 基于云计算的农业机器人远程实时控制系统研究 [J]. 农机化研究， 2024， 46 （06）： 200-204.

[2]王琳，陈强，施印炎等. 农业机器人底盘关键技术研究现状分析 [J]. 拖拉机与农用运输车， 2023， 50 （05）： 1-9.

[3]刘子杰，廖素银，杨涛等. 基于TRIZ理论的农用机器人底盘创新设计 [J]. 农业机械， 2023， （10）： 67-70+74.

[4]徐圣林，朱立成，韩振浩等. 作物表型信息获取机器人底盘设计与试验 [J]. 农业机械学报， 2023， 54 （S2）： 388-399.