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余忠义, 王洪宇, 何雄奎, 赵磊, 王媛媛, 孙海. 激光除草机器人关键技术与展望. 智慧农业(中英文), 2025, 7(2): 132-145.

DOI： 10.12133/j.smartag.SA202410031

YU Zhongyi, WANG Hongyu, HE Xiongkui, ZHAO Lei, WANG Yuanyuan, SUN Hai. Key Technologies and Prospects of Laser Weeding Robots. Smart Agriculture, 2025, 7(2): 132-145.

DOI： 10.12133/j.smartag.SA202410031

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激光除草机器人关键技术与展望

余忠义1， 王洪宇2， 何雄奎1*， 赵磊2， 王媛媛2， 孙海2*

（1.中国农业大学 理学院，北京100193，中国； 2.北京市植物保护站，北京 100029，中国）

摘要：

［目的/意义］农田草害制约着作物种植生产的质量和产量，激光除草技术作为一种生态环保防控田间杂草革新方法，具有环保、高效、灵活和自动化特点，可以很好地减少人力需求，降低化学药剂用量和污染，极大地缓解农田劳动力短缺、作物减产压力，在生态环境保护方面具有重要意义。

［进展］首先介绍了激光除草技术的研究背景，概述了激光除草技术体系和作业系统，围绕激光除草机器人关键技术展开论述和讨论，涵盖杂草自动识别定位技术、机器人导航与路径规划、除草执行机构控制技术，以及整机研制等进展。最后结合国内外激光除草机器人的发展现状，综述了激光除草机器人发展目前存在的问题及未来趋势。

［结论/展望］激光除草属于精密的智能化除草方式，是目前国内外学者研究和开发智慧农业关键技术和装备的研究热点，并取得了一系列成果，促进了除草机器人田间实际应用和推广示范。结合不同地区田间草害，未来还应开展大量的激光除草室内外杂草实验研究，以进一步验证激光田间除草的技术可行性并获取准确的激光能耗、效率和效益等数据，为激光除草的装备技术研发与应用提供支持。

关键词： 激光除草；技术原理；智能系统；识别定位；执行控制；激光除草机器人

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图1 常见的除草方式

Fig. 1 Common used weed control methods

图2 激光除草的作业原理

Fig. 2 The working principle of laser weeding

图3 激光除草关键技术和装备

Fig. 3 Key technologies and equipment for laser weeding

图4 激光除草作业系统

Fig. 4 Laser weeding working system

图5 新型激光除草系统装置

Fig. 5 New laser weeding system device

图6 激光除草机器人结构设计

Fig. 6 Structural design of laser weeding robot

图7 田间杂草识别主要技术

Fig. 7 Main techniques for identifying weeds in the field

注：1. 双目相机数据线；2. 双目相机；3. 相机支架；4. 激光振镜；5. 培养箱；6. 振镜连接光路；7. DB25激光振镜控制线；8. 计算机；9. 振镜支架；10. 激光振镜数据线。

图8 激光除草机器人杂草定位技术系统

Fig. 8 Weed localization technology system of Laser weeding robot

图9 典型激光除草机器人的导航与路径规划

Fig. 9 Navigation and path planning for a typical laser weeding robot

图10 激光除草机器人执行结构系统

Fig. 10 Structural system of laser weeding robot

图11 典型激光除草机器人

Fig. 11 Typical laser weeding robot

注：1. 相机；2. 电流计；3. 计算机；4. 激光测距仪；5. 激光；6. 电源；7. 电机驱动器；8. 电子信号处理板；9. 激光装置位置控制器；A、B和C显示了作物的位置。

图12 激光除草装置结构与试验图

Fig. 12 Structure and experimental diagram of laser weeding device

图13 基于深度学习的二极管激光除草机器人

Fig. 13 A diode laser weeding robot based on deep learning

作者介绍

何雄奎 教授

何雄奎，博士，中国农业大学领军教授，博士生导师。现任中国农业大学农业无人机系统研究院院长、《智慧农业（中英文）》编委、国家梨产业技术体系机械化研究室主任、梨树体管理机械岗位科学家、农业农村部农药减量施药技术专家组专家、农业农村部农机创新专家组专家、国际标准委员会ISO/TC 23/SC 6委员、中国国家标准化技术委员会SAC 6委员，入选国家新世纪人才、国务院特殊贡献专家。长期从事农业机械化工程、药械与施药技术的教学与科研工作：重点研究智慧农业技术与农业无人装备系统、智能植保装备与精准变量喷雾技术研发应用、农药施药技术基础理论、农药雾滴雾化沉积飘失规律、精准变量施药与减量施药技术等，先后主持30余项国家级研究项目。至今已培养博士研究生31人、硕士研究生38人，博士后5人。获省部级科技进步一等奖2项（排名均第一）、二等奖2项，已获国家发明专利56项，近年来以第一作者和通讯作者发表SCI/EI论文85篇，出版专著11部。

余忠义 在读博士

余忠义，中国农业大学2023级在读博士生，硕博期间主持研究生项目2项，参与国省市级项目8项，发表学术论文7篇，其中一作SCI/EI论文4篇，授权国家专利15项，一作7项，登记国家软著4项，获得优秀研究生、优秀团员等诸多称号，主要从事数智农业装备研发与智慧植保技术系统研究。

来源：《智慧农业（中英文）》2025年第2期