农业机器人在我国的发展与趋势

农业机器人是从事农业生产活动的特种机器人，是一种由程序软件控制，能感知并适应作物、动物种类或环境变化，具有人工智能特征的自动化或半自动化农业装备。现代的农业机器人集成了传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密制造及系统集成技术等多种前沿科学技术，是一个依靠自动控制完成移动、作业功能的完整系统。运用农业机器人可全部或部分替代人或辅助人高效、便捷、安全、可靠地完成特定的、复杂的农业生产任务，降低劳动强度，提高劳动效率。同工业机器人或其他领域机器人的简单、确定的工作环境和工作对象相比，农业机器人面临非结构、不确定、不宜预估的复杂环境和特殊的作业对象，技术上具有更大挑战性。因此，一般而言，农业机器人对智能化程度的要求要高于其他领域机器人，应用进展相对滞后。随着传感器技术、计算机视觉、大数据和人工智能技术的快速发展，农业机器人的硬件设备成本和软件控制算法成本逐渐降低，为农业机器人的发展提供了新契机。农业机器人的应用，使农业装备有了人一样的思考和判断能力，并“代替”人从事农业生产，改变了传统的农业劳动方式，成为现代农业技术发展的重要领域。

一、发达国家起步早、投入大，引领技术发展方向

国外对农业机器人的研究起步较早，日本、美国等发达国家走在世界前列。日本是农业机器人研究最早、市场发育最为成熟的国家之一，先于20世纪70年代末开始了番茄采摘机器人的研究，长期引领采摘机器人的技术方向。1995年，日本参与农业机器人研究的私营制造商达到41家。目前，日本已研制出育苗机器人、扦插机器人、嫁接机器人、番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜采摘机器人、农药喷洒机器人、施肥机器人和移栽机器人等多种农业机器人，在理论与应用方面均居世界前列。美国地广人稀，大田作业的行走式农业机器人成为其研究重点，在理论与技术上比较成熟，如多用途自动化联合收割机器人、智能生菜生产机器人、苗圃机器人、智能分拣机器人等。自20世纪80年代开始，设施农业、精准农业等农业高新技术的快速发展，特别是人工成本的不断攀升，为农业机器人的技术创新注入了新动力，这些发达国家根据本国实际，纷纷投入农业机器人的研发。荷兰的设施农业机器人、德国的大田除草机器人、英国的果实分检机器人和蘑菇采摘机器人、澳大利亚牧羊机器人和剪毛机器人、瑞士的田间除草机器人和苹果采摘机器人、法国葡萄园机器人研究等都取得了较好的进展。到2000年商用农业机器人大量进入实际应用，被越来越多的新一代家庭农场主接受。近年来，欧美发达国家不断加大在农业机器人研发上的投入力度，在除草机器人、农作物生长状态监测机器人、自主移动大田管理机器人等方面发展迅速，农业机器人创业公司如雨后春笋般成立，技术进展与实际应用都居国际领先水平，嫁接机器人等近200款产品投入商品化应用。挤奶机器人可以让奶牛自主控制挤奶时间，并随时收集奶牛的数据，帮助农民监视牛群，可以提高奶产量20%～50%，奶牛的发病率也得到了有效降低，已在牧场中开始普及，欧洲国家的应用比例高达30%。牛舍清理机器人、饲草投喂机器人和给小牛喂奶的机器人也已经推广应用。在日本、比利时、荷兰等国家，采摘机器人开始小范围使用，如日本番茄采摘机器人2015年开始测试并于2019年试销，比利时摘草莓机器人2019年投入市场，且蕃茄、辣椒等其他质地较脆弱的农作物，皆可作为摘取对象。受到农业生产环境、作业对象及使用者等多种因素的影响，这些发达国家已研发的大部分农业机器人尚未实现规模化生产和大面积普及。

最近几年，农业机器人收受到世界各国特别是发达国家的重视，发展步伐明显加快，包括农业机器人在内的机器人技术被列为国家战略，进行重点规划和部署。美国于2011年宣布启动先进制造伙伴计划、2012年启动制造业创新国家网络计划、2013年美国颁布机器人发展路线图。继美国之后，2014年欧盟也颁布机器人发展路线图，并启动全球最大的民用机器人研发计划，以及“地平线2020”计划。与此同时，日本在2014年发布了《机器人白皮书》，韩国制订了《智能机器人基本计划（2014-2018）》。在这些政府项目的支持下，欧美科学家聚焦突破复杂作业理论和技术难点，持续攻关果蔬采摘、作物授粉及多功能作业等复杂性生产作业中的农业机器人技术。果蔬的采摘不仅季节性强、劳动量大，而且作业费用高，人工收获的费用通常占全程生产费用的50%左右，研究重点在作业对象的快速识别、多自由度机械臂动作规划、作业点高精度重复巡逻等相关理论和算法。在“地平线2020”计划自主系列农业机器人项目支持下，2015年德国发布了能胜任喷药、除草等任务的多功能农业机器人，2016年在汉诺威工业博览会上展出了欧盟MARS计划，即移动农业机器人集群计划，展示了基于云端的农业机器人应用设想。通过使用许多更简单更小型的机器人，使农业生产解决方案更安全可靠、更高产，并且避免大型机器人穿梭田地时产生的土壤压实问题。通过让小机器人轮流充电或维护，这些农业机器人集群可以连续工作。农业正在成为机器人应用最多的领域。

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0610/418.html