一文读懂农业机器人的发展现状及趋势

来源:优游ub8     发布日期:2024-04-13 01:08:51

  近年来,我国不断通过加快农业机械化的方式,积极提升自身的现代农业水平。其中,农业机器人的出现和应用,极大的改变了传统耕作模式,给我国的现代农业发展带来了全新改变。

  农业机器人是指运用在在农业生产中的智能机器人,是一种可由不同程序软件控制,以适应任何作业,能感觉并适应作物种类或环境变化,有检测(如视觉等)和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。同工业机器人或者其他领域机器人相比,农业机器人工作环境多变,以非结构环境为主,工作任务具有极大的挑战性。因此,一般而言,农业机器人对智能化程度的要求要远高于其他领域机器人。

  农业机器人的历史分为两个阶段,2000年以前农业机器人是机械电器自动化设备,2000年以后是加入人工智能、机器视觉等新技术的自动化设备。

  上世纪80年代开始,一些发达国家由于地多人少的原因,就慢慢的开始致力于农业机器人的研发工作,并相继研制出了嫁接、扦插、移栽和采摘等多种农业生产机器人。机器人在农业领域的出现和应用,为这些国家的农业自动化、精准化、智能化发展带来了强劲动力。

  2007年扫描果实并收集土壤、种子数据的Ag Tracker被发明出来。

  2012年能够在植物育苗室内移动盆栽树苗的机器人——收获运输车HV-100被研发出来,同年能够除去生菜土地里多余种子的生菜机器人Lettuce bot诞生,2012年还诞生了剪除或者栽培葡萄藤的Wall-Ye机器人,该机器人能够收集土壤健康情况和葡萄库存的数据。

  2013年采摘草莓的机器人出生,该机器人使用两个数码相机来拍摄草莓的颜色,判断草莓的成熟程度,并且采摘已熟的草莓。

  施肥机器人、耕耘机器人、除草机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人(如番茄收获机器人)、采摘机器人(如采摘草莓机器人、采摘柑桔机器人)等。

  大田用农业机器人有大田播种机器人、大田收获机器人、大田植保机器人、大田耕作机器人以及大田移栽机器人等。

  大田果蔬采摘作业是生产链中最耗时和费力的生产环节之一。另外,采摘作业季节性强,劳动强度大,费用高,因此保证果实适时采收、降低收获作业强度及用工费用是保证农业增收的重要方法。然而,由于采摘作业的复杂性,采摘自动化程度仍然很低。目前,国内外水果采摘作业大多数都是人工进行,其费用约占成本的30%~50%,并且时间较为集中,劳动量大,工时紧张。大田果蔬采摘机器人作为农业机器人的重要类型,在降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收等方面具有巨大的发展潜力。

  设施农业用机器人有嫁接机器人、花卉插枝机器人、蔬菜收获机器人、植物工厂机器人和分拣机器人等。其中,嫁接机器人包括蔬菜嫁接机器人和油茶嫁接机器人等。目前,嫁接繁殖技术较为成熟,而人工嫁接效率较低,因此加大嫁接机器人的研究投入,推进高速和高质的嫁接机器人的推广与应用,可取得可观的直接经济利益及生态环境价值。

  嫁接机器人工作时只需操作者将砧木盘及接穗盘各自放入指定位置,便可自主完成抓穗、切苗、接合、固定和排苗等作业项目,省时高效,成活率高。

  目前,农产品加工机器人有肉类加工机器人、挤奶机器人、剪羊毛机器人和食品安全鉴定机器人等。

  农产品生产的季节性较强,并且农业机器人的针对性较强、功能单一。因此,农业机器人的使用也具有较强的季节性,从而造成农业机器人的利用率低,增加了农业机器人的使用成本。

  农业机器人的作业对象是农作物,而农作物的娇嫩性对农业机器人的动作提出了更高的要求:农业机器人的执行末端与作业对象接触时有必要进行柔性处理;农业机器人的作业对象形状复杂,农作物的生长发育受周围环境的影响较大,因此农作物的空间形态具有很大的不确定性,从而要求农业机器人对不同的空间形态进行判断,以实现不同的动作。

  农业机器人的使用对象是农民。随着人口老龄化程度的提高,从事农业生产的人口也将步入老龄化时代。因此,需要农业机器人一定要有高可靠性和简单易操作等特点。

  农业机器人的前期研发投入较大,结构较为复杂,制造成本比较高,导致价格昂贵,超出了一般农民的承受能力。

  首先要介绍的世界超级大国——美国。美国明尼苏达一家农业机械公司研制除了一款独特的施肥机器人,它能够准确的通过不一样土壤的真实的情况,制定不同的施肥策略。由于机器人能科学配比出最适量的施肥方案,几乎不会再出现肥料浪费的情况,大幅度降低了农业成本。而且精通肥料学的机器人还知道怎么施肥才能把对环境的影响降到最低。

  接下来要介绍的是以严谨著称的德国。德国人一向以精通高精尖享誉世界,在AI领域他们又怎会落后?德国农业专家研制出的除草机器人BoniRob,可以在农场的各种地块间极速穿行,准确找到杂草并清除,每分钟可以除掉120根杂草,比人工和药物除草都要快得多。

  最后要介绍的是以葡萄酒闻名世界的法国。众所周知,法国的葡萄酒业异常繁荣,由此带来的是法国葡萄种植业的发达。而当前法国种植园的工人们却在担心他们的工作将会被一款名叫Wall-Ye的机器人取代。据悉,Wall-Ye是专为葡萄园所研发的一款农业机器人,从植株修剪、监控土壤情况到打理藤蔓的健康情况,所有种植园工人能做的工作,Wall-Ye都能一手包办。

  与国外相比,我国农业机器人研究与开发方面尚处于起步阶段。我国农业机器人起步较晚,20世纪90年代中期,国内才开始了农业机器人技术的研发。

  目前我国已开发出的农业机器人有:耕耘机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、采摘机器人等。

  由机器人技术带动的农业升级,正在为农民生活改善打开新空间。农业机器人除了能从事种植、打农药、收割等田地作业之外,还可以在畜牧养殖业中发挥及其重要的作用。机器人将给农业带来一场新的变革。

  随着中国工业化、城镇化和现代化的加快速度进行发展,我国农业机器人的研发范围亦在逐步扩大。

  来源 中国科协创新战略研究院经济项目“数字化的经济政策与区域发展关联分析平台建设及研究”

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