SunBot 智能除草机器人
**SunBot — 智能太阳能除草机器人** ｜ Smart Solar Weeding Robot
*纯太阳能供电 · 视觉AI识草 · 灰度自动驾驶 · 双Agent自愈架构*
🎯 参赛赛道：首届数智乡建黑客松 · 硬件赛道 — 具身智能与农用智能设备
📅 比赛时间：2026年5月21日—24日 ｜ 📍 福建宁德·屏南县
👤 项目负责人：学农阿星
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## 一、项目简介
SunBot 是一台**纯太阳能供电**的田间智能除草机器人。它通过车载摄像头实时拍摄田间画面，利用 **YOLOv8 深度学习模型**精准识别杂草与作物，再驱动物理割草机构完成除草作业——全程无需农药、无需人工弯腰拔草。
项目的核心理念是：**让科技赋能农业，用 AI 替代除草剂，降低农民劳动强度，守护土地与食品安全。**
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## 二、要解决的问题
传统田间除草长期面临三大痛点：
1. **人工成本高**：农村劳动力老龄化严重，人工除草费时费力，每亩人工成本逐年上升
2. **农药依赖重**：化学除草剂虽然高效，但造成土壤板结、水源污染、食品安全隐患
3. **智能化空白**：现有农业机器人多聚焦于播种、收割环节，田间除草的智能化方案几乎空白
SunBot 瞄准的正是这个**「除草无人化」**的市场缺口。
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## 三、核心技术亮点
### 🧠 3.1 双 Agent 架构（太阳大脑 + 龙虾工程师）
SunBot 采用独创的**双 Agent 协作架构**，借鉴 DevOps 理念：
- **太阳大脑（Master Agent）**：机器人的「生产环境」，负责自动驾驶、视觉识别、除草决策的主循环
- **龙虾工程师（Engineer Agent）**：机器人的「运维系统」，实时监控健康状态，出现异常自动诊断→修复→重测→恢复
两个 Agent 通过 JSON 协议文件通信，形成**「运行出错 → 自动诊断修复 → 恢复运行」**的完整闭环，大幅减少人工干预。
### 🚦 3.2 灰度自动驾驶（三级安全模式）
SunBot 首创**灰度上线**机制，将自动驾驶分为三档，确保安全可控：
| **模式** | **行为** | **适用场景** |
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| 🔵 SHADOW（影子模式） | AI 只计算建议，不控制电机；人工操控，AI 在后台积累数据 | 新场地首次部署、算法验证期 |
| 🟡 COPILOT（辅助模式） | AI 建议显示在屏幕上，需人类语音确认后才执行 | 半自动作业、安全敏感区域 |
| 🟢 AUTO（自动模式） | AI 全权操控，急停按钮随时可夺权 | 验证充分后的日常除草作业 |
通过语音即可实时切换模式，**渐进式建立信任**，杜绝「一上来就全自动」的安全隐患。
### 👁️ 3.3 视觉 AI 识别系统
- **YOLOv8 杂草检测**：基于深度学习的实时目标检测，区分杂草与作物
- **绿色像素 Fallback**：当 YOLO 推理超时，自动降级为传统图像处理兜底，保证不停机
- **全离线运行**：所有推理在树莓派本地完成，不依赖云端/互联网
### 🎙️ 3.4 语音控制系统
基于 **Vosk 离线语音识别**，支持中文语音指令：
- 前进、后退、左转、右转、停
- 影子模式、辅助模式、自动模式
- 割草启停
全部离线处理，无需网络，田间即用。
### ⚡ 3.5 智能割草模块
- **见草才割**：只在检测到杂草且距离足够近时启动割草电机，节约能源
- **堵转保护**：INA219 电流传感器实时监测，遇到硬物堵转立即停刀，保护电机和刀片
- **三段式状态机**：MOVING → APPROACH → CUTTING → LEAVING，状态清晰、行为可控
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## 四、硬件平台
| **组件** | **型号/规格** | **用途** |
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| 主控 | 树莓派 5（2GB RAM） | 运行太阳大脑、YOLO 推理、语音识别 |
| 摄像头 | MIPI CSI 摄像头 | 实时田间图像采集 |
| 电机驱动 | PCA9685 PWM 驱动板 | 4 轮驱动电机控制 |
| 避障传感器 | 超声波模块 | 前方障碍物检测 |
| 割草电机 | 775 无刷电机 + 继电器 | 物理除草执行 |
| 电流检测 | INA219 | 割草堵转保护 |
| 供电 | 太阳能板 + 锂电池 | 纯清洁能源，零碳运行 |
| 通信 | Tailscale Mesh VPN + 4G | 远程监控与运维 |
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## 五、软件技术栈
- **操作系统**：Raspberry Pi OS
- **编程语言**：Python 3
- **视觉模型**：YOLOv8（Ultralytics）
- **语音识别**：Vosk 离线中文模型
- **远程通信**：Tailscale VPN + FastAPI
- **运维监控**：龙虾工程师自愈脚本 + 飞书 Bot 告警
- **视频推流**：FFmpeg（RTSP/RTMP）
- **进程管理**：subprocess 调度 + JSON 协议文件
全栈离线设计，无需依赖 OpenAI API / 云端服务，适应田间无网络环境。
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## 六、系统架构总览
```mermaid
graph TD
subgraph User["🗣️ 用户层"]
V["语音控制"]
APP["手机APP / 急停遥控器"]
end
subgraph Brain["🧠 太阳大脑 V5"]
GRAY["灰度控制器<br>SHADOW / COPILOT / AUTO"]
LOOP["主循环<br>拍照→YOLO→避障→动作"]
BLADE["割草状态机"]
end
subgraph Exec["🦾 执行层"]
CAM["摄像头"]
YOLO["YOLO 杂草检测"]
MOTOR["4轮电机"]
SONAR["超声波避障"]
BLADECLI["割草电机"]
VIDEO["视频录制+推流"]
end
subgraph Ops["🦞 龙虾工程师"]
WATCH["看门狗"]
HEAL["自动诊断修复"]
TEST["冒烟测试"]
end
V --> GRAY
APP --> GRAY
GRAY --> LOOP
LOOP --> CAM & YOLO & MOTOR & SONAR
LOOP --> BLADE --> BLADECLI
LOOP --> VIDEO
LOOP -->|"status.json"| Ops
HEAL -->|"SSH/Tailscale"| Exec
```
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## 七、运维与自愈能力
龙虾工程师内置多种自动修复处方：
| **故障类型** | **自动修复方案** |
| --- | --- |
| 摄像头掉线 CAMERA_FAIL | 自动重启摄像头进程 |
| YOLO 推理失败 YOLO_FAIL | 降级到绿色像素检测 |
| 割草堵转 BLADE_STALL | 立即停刀 + 通知人工清理 |
| 割草过热 BLADE_OVERHEAT | 关电机 5 分钟冷却 |
| 视频推流断开 VIDEO_STREAM_DOWN | 重启 FFmpeg 进程 |
| 网络断开 TAILSCALE_DOWN | 自动重连，失败切 4G 兜底 |
所有修复经验写入知识库，形成**经验驱动的 Agent 进化**——不需要 GPU 训练，只需持续积累故障处方。
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## 八、项目愿景与未来规划
### 近期目标
- 完成黑客松赛场演示，验证全流程可行性
- 积累实际田间测试数据，优化 YOLO 模型精度
### 中期目标
- 接入 GPS 路线记忆，实现自动巡航
- 开发机械臂模块，实现精准定点除草
- 接入 RAG 知识库，让机器人能「理解」农业知识
### 长期愿景
- 从除草机器人向**农业无人驾驶平台**演进
- 构建产品化多 Agent 体系（客服 / 设计 / 销售 / 技术 / 运营）
- 开源核心技术，推动 **OpenClaw** 社区——让更多人能用低成本硬件改装智能农业设备
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## 九、项目特色总结
<aside>
✨
**为什么 SunBot 与众不同？**
</aside>
1. **纯太阳能供电**：零碳运行，无需外部电源，真正适合田间场景
2. **灰度自动驾驶**：三级安全模式渐进上线，不冒进、可回滚
3. **双 Agent 自愈**：借鉴 DevOps 最佳实践，机器人能自己修自己
4. **全离线运行**：不依赖云端 API，田间无网络也能正常工作
5. **见草才割**：AI 精准识别，不误伤作物，节约能源
6. **语音操控**：中文语音指令，农民无需学习复杂操作
7. **低成本可复制**：基于树莓派 + 开源软件，硬件成本可控，易于推广
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## 十、参赛信息
- **赛事名称**：首届数智乡建黑客松（Digital Rural Hackathon 2026）暨未来乡村青年创客大赛
- **参赛赛道**：硬件赛道 — 具身智能与农用智能设备
- **比赛时间**：2026年5月21日—24日
- **比赛地点**：福建省宁德市屏南县（龙潭村 & 四坪村）
- **主办方**：乡建DAO 等多方联合主办
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## 相关文档索引
- [SunBot 除草机器人 · 知识库目录](https://www.notion.so/SunBot-a75cb67bf71182bdbc9c8137981bb9c5?pvs=21) — 硬件、软件、踩坑记录等详细知识库
- [SunBot 双 Agent 架构方案（太阳大脑 + 龙虾工程师）](https://www.notion.so/SunBot-Agent-14ca4b2428ef472a918a6add189b78cf?pvs=21) — 双 Agent 架构设计全文
- [SunBot 技术方案 V4.0 融合版（赛前可跑通）](https://www.notion.so/SunBot-V4-0-efa0435c50d240ba86e87d8d2669afb9?pvs=21) — 赛前最终技术方案与执行计划
- [SunBot技术方案_完整版V3.2](https://www.notion.so/SunBot-_-V3-2-362cb67bf71180b5b1b4fdf62bce53a5?pvs=21) — 完整版技术蓝图