农业未来发展趋势:农业物联网(农业机器人e文尽览现在知道正当其时(上))

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本文导读目录:

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4、农业机器人在爱尔兰工作

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随着机器人行业的快速发展,支撑了我国农业机器人应用迎来发展的春天。本文就我国农业机器人发展献出一家之言,读者诸君若感有益,则某愿足矣。

一、广泛应用农业机器人是现代农业大趋势

1、什每是农业机器人

机器人指的是在计算机编程之下能自动进行一系列复杂动作的机器能够在各种复杂的环境代替人工作,现已逐渐应用于各大领域。通俗地说,农业机器人就是“人工智能+农业机械+卫星导航与定位系统”,是一种能自主完成作业的智能化农业机械。有人从自动化角度定义,认为农业机器人是一种以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。也有人从提高劳动生产率角度定义,认为农业机器人能够逐步代替人力而且不断帮助农业生产降低劳动强度,同时,其还可提高劳动效率,帮助解决目前许多国家面对的劳动力稀缺难题。仁智互见,观者自主采用之。

农业机器越来越受到农业人口较少的发达国家的重视,也成为国际农业装备产业技术竞争的焦点之一。相对而言,我国与发达国家水平差距明显,如农牧业工艺与机械设备结合的不够紧密,国内稳定性、故障率、易用性等指标不理想,生产成本较高,生产效率偏低,智能化程度不高,核心算法的差距显著

随着农业劳动力成本不断提高,农业要提高竞争力,未来的农场一定将是无人农场。这将会需要大量的农业机器人,国内很多研究机构和企业也在探讨无人农场,也建设了无人农场的示范,虽然我国对机器人的研究起步相对较晚,但产业发展迅速,同时政策上支持力度大。工业和信息化部、发展改革委、财政部于早前就曾联合发布《机器人产业发展规划(2016—2020年)》,为农业机器人的进一步发展提供了新机遇。

2、农业机器人发展现状

有资料显示,农业机器人目前已成为世界热点,2017-2021年期间,人工智能在农业中应用的年复合增长率为22.68%。2016年为27.6亿美元,2020年达到111亿美元,保守估计2025年将达308亿美元主要包括农业无人机,无人拖拉机、智能收获机、智能除草机、挤奶机器人、农业自动化与控制系统等。农业机器人的广泛应用是人工智能农业领域市场快速发展的重要因素。而目前国农业机器人研究产出规模已超过美国,同时重点关注在收获和采摘机器人,但差距也是显而易见的。

二、国内外农业机器人发展现状

1、农业机器人领先国家

目前世界农业机器人研制和应用前10国家有:中国、美国、西班牙、德国、澳大利亚、荷兰、以色列、意大利、英国和日本。其中,美国以色列、日本处第一梯队;我国处在第二梯队靠前的位置。各国的热点研究主题主要集中在作业场景与关键技术,分布较为不平均。其中国比较关注的是收获和采摘机器人的研究,而美国、澳大利亚、荷兰和英国等更关注挤奶机器人,以色列和日本较为关注收获机器人,德国与意大利关注喷灌机器人。

日本是农业机器人研究最早、同时也是市场发育最为成熟的国家之一。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生产机器人在理论与应用方面都居世界前列。日本国家农业和食品研究所发明的能够采摘草莓的机器人装有一组摄像头,能够精确捕捉草莓的位置,还有配套软件能根据草莓的红色程度来确保机器人采摘的是成熟的草莓。

美国研究的重点在于行走式农业机器人在理论与技术上都比较成熟。典型代表是美国新荷兰农业机械公司发明的多用途自动化联合收割机器人很适合在美国一些专属农垦区的大片规划整齐的农田里收割庄稼。另外比较典型的还有斯坦福一个公司开发的智能生菜生产机器人可以实现生菜的精耕细作、施肥除草等。

其他国家农业机器人研究与应用方面比较有代表性的有

澳大利亚发明的牧羊犬机器人它能在农场上代替传统的放牧劳力

德国农业专家采用计算机、全球定位系统(GPS)和灵巧的多用途拖拉机综合技术研制出可准确施用除草剂的除草机器人 法国发明的专门服务于葡萄园的机器人几乎能代替种植园工人的所有工作包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等

西班牙发明的采摘柑橘机器人能够依托机器视觉技术从桔子的颜色、大小判断出是否成熟并控制机械手进行采摘

英国西尔索研究所开发的采蘑菇机器人可以确定哪些蘑菇可以采摘以及属于哪种等级然后测出其高度以便进行采摘

法国研制的分拣机器人能在潮湿肮脏的环境里工作把大个番茄和小粒樱桃加以区别然后进行分装。

2、各国研究主题目前聚集在3个前沿方向

作业对象识别和定位算法优化,导航和路径规划算法优化,以及对作业(农业生产)对象的分选与监测研究。

在作业对象识别和定位算法优化方面,各国的主要研究对番茄、甜椒、苹果、柑橘和荔枝等蔬果及杂草和作物病害等的识别,而中国在这一方向上的研究成果相对较多,产品有多种,应用效果尚可

导航和路径规划算法优化方面,日本和西班牙的相关研究则更加超前。

美国在作业对象的分选与监测研究上产出相对较多,研究重点包括果实分选及水产养殖监测和牛奶产量与风险监测等。

3、我国机器人研制与应用进展

与国外相比我国农业机器人研究与开发目前尚处于起步阶段。目前我们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。中国农业大学研制的摘黄瓜机器人利用多传感器融合技术对采摘对象的成熟度进行判别并确定收货目标引导机械手来抓取黄瓜再用刀片切割瓜藤

已应用的嫁接机器人实现了营养钵苗的供苗、切苗、嫁接和排苗的自动化作业广泛用于黄瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接

北京农林科学院研发的草莓采摘机器人可以自主搜索、识别和采摘成熟草莓果实不仅可为草莓采摘降低人工成本还可减轻工作强度

东北林业大学研制出林木球果采集机器人可以在较短的林木球果成熟期大量采摘种子很好地解决了目前在林区仍主要采用人工上树手持专用工具来采摘林木球果的做法

对森林的生态保护、森林的更新以及森林的可持续发展等方面都具有重要的意义伐根机器人主要用于收集森林采伐剩余物和培育优质工业用材林。它的应用有望克服我国的森林资源危机改进我国的森林资源利用。

4、农业机器人应用不可逆转

全球业生产的集约化和规模化进程不断加快,但无疑随着人口的稳定和下降趋势,世界农业劳动力一定会不断减少。这一减少使农业机器人的需求持续加大,形成了巨大的市场需求蛋糕实力农机企业应及时介入,争得自己的一席之地。

由于农业环境和作业对象的复杂性、多变性和非结构性,目前可以看到,农业机器人研发难度大,相关作业效果有待提高。

因此在作业对象识别和定位、导航和路径规划、作业对象的分选与监测等前沿方向上,要以开放创新的理念开发和应用新技术,促进具有多环境适应性的智能农业机器人的研发,尽快形成产(商)品市场能力

在技术上,随着云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术与农业技术的深度融合,农业机器人作为新一代智能化农业机械将突破瓶颈并得到广泛应用。

5、我国农业机器人发展趋势

未来农牧机器人新技术研究包括深度学习、新材料、人机共融、触觉反馈等技术,都值得全世界人类进行探索。深度学习提高农业机器人感知和决策能力,如感知包括表型特征识别、场景识别定位、作物病害识别。决策包括运动路径优化、作业姿态优化、作业次序优化。触觉反馈控制要增强农业机器人感知和执行能力,如能力反馈的感知与执行能力。

新材料可以改善农业机器人执行能力,人机共融是未来农业发展重要的一环,可提高作业效率,人机共融技术减少了研发成本,由机器人预测人的意图配合完成工作。建立更加庞大的、宏观的、虚拟的、战略性的农业机器人系统,实现无人农场,这才是农业大数据的本质内涵。

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三、我国将迎来农业机器人大发展

为了加快我国农业机器人研制和应用,工业和信息化部、教育部等17部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》(以下简称《方案》),提出到2025年,制造业机器人密度较2020年实现翻番,服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升,机器人促进经济社会高质量发展的能力明显增强。

1、整体目标

《方案》指出,为加快推进机器人应用拓展,决定开展“机器人+”应用行动。《方案》明确了主要目标,提出聚焦十大应用重点领域,突破100种以上机器人创新应用技术及解决方案,推广200个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景,打造一批“机器人+”应用标杆企业,建设一批应用体验中心和试验验证中心。

《方案》明确深化重点领域“机器人+”应用,增强“机器人+”应用基础支撑能力,提出构建机器人产用协同创新体系、建设“机器人+”应用体验和试验验证中心、加快机器人应用标准研制与推广、开展行业和区域“机器人+”应用创新实践、搭建“机器人+”应用供需对接平台等。

2、农业机器人发展重点

1)农业种养殖方面,研制耕整地、育种育苗、播种、灌溉、植保、采摘收获、分选、巡检、挤奶等作业机器人

2)畜禽水产养殖的喂料、清污、消毒、疫病防治、环境控制、畜产品采集等机器人产品。

3)开发专用操控系统、自主智能移动平台及作业部件,推动机器人与农田、农艺、品种相适应,实现信息在线感知、精细生产管控、无人自主作业、高效运维管理。

4)打造丘陵山区、大田、设施园艺、畜牧水产、贮运加工等农业机器人应用场景。

5)加快农林牧渔业基础设施和生产装备智能化改造,推动机器人与农业种植、养殖、林业、渔业生产深度融合,支撑智慧农业发展。

3、我国农业机器人发展展望

近年来,随着农业数字化转型加快,我国农业机器人发展也迎来高光时刻,成为各大农企发展智能制造的核心装备。在2021年年底发布的《“十四五”机器人产业发展规划》就已明确,要加快农业人工智能研发应用,重点研制果园除草、精准植保、采摘收获、畜禽喂料、淤泥清理等农业机器人。有机构预测,到2026年,我国农业机器人行业市场规模将达到10.44亿元。

我国农业人口多、耕地面积较多、作物种类多,但劳动力少、人均耕地少的特点,决定了打通农业人工智能和机器人的接口,实现更好的自主、高效、精准和低成本的中国特色农业应用和发展是当务之急

二、加快我国农业机器人研发应用的政策建议

为推动农业机器人发展,我国强化关键技术装备创新,加快农业人工智能研发应用,研发适应性强、性价比高、智能决策的新一代农业机器人,加快标准化、产业化发展

1、建立农业机器人研发联盟,国家给予财力支持

农业机器人研发,属于世界性前沿科技。各国都投入大量的人、财、物,力争抢占制高点,取得该领域竞争力优势。我国农业机器人起步晚,但进展神速。为进一步加快研发应用步伐,为新一轮科技竞赛抢抓优势,加快我国产业创新与转型,建议国家牵线搭桥,增加投入,成立农业机器人研发联盟,整合现有力量,形成聚合优势,促进产品研发。要不断提升科技创新能力,具有自主知识产权的传感器、无人机、农业机器人等技术研发应用,集成应用卫星遥感、航空遥感、地面物联网的农情信息获取技术日臻成熟,基于北斗自动导航的农机作业监测技术等方面取得重要突破。

开展核心关键技术和产品攻关,重点攻克运动控制、位置感知、机械手控制等关键技术。适应不同作物、不同作业环境,开发嫁接、扦插、移栽、耕地等普适性机器人及专用机器人。以畜牧生产高效自动化为目的,研制放牧、饲喂、挤奶、分级、诊断、搬运等自动作业辅助机器人。

研制鱼群跟踪和投喂、疾病诊断等水下养殖机器人。加强无人机智能化集成与应用示范,重点攻克无人机视觉关键技术,推动单机智能化向集群智能化发展,研发人工智能搭载终端,实现实时农林植保、航拍、巡检、测产等功能。

协同发挥科研机构、高校、企业等各方作用,培养造就一批数字农业农村领域科技领军人才、工程师和高水平管理团队。

2、相关力量形成合力,加快农业机器人产业发展

要建立长期任务委托和阶段性任务动态调整相结合的科技创新支持机制,加强农产品柔性加工、人工智能、虚拟现实、大数据认知分析等新技术基础研发和前沿布局,形成一系列数字农业战略技术储备和产品储备。

要加快推进农业区块链大规模组网、链上链下数据协同等核心技术突破,加强农业区块链标准化研究,推动区块链技术在农业资源监测、质量安全溯源、农村金融保险、透明供应链等方面的创新应用。积极开展5G技术在农业领域的应用研究,建立健全5G引领的智慧农业技术体系。

探索政府购买服务、政府与社会资本合作、贷款贴息等方式,吸引社会力量广泛参与,引导工商资本、金融资本投入数字农业农村建设。优先安排数字农业农村重大基础设施建设项目用地,对符合条件的数字农业专用设备和农业物联网设备按照相关规定享受补贴。推进农业农村领域“放管服”改革,优化管理服务流程,营造良好发展环境。积极支持和培育壮大农业农村数字产业化主体。

3、重大工程设施建设方面,要搭建统一开放的国家农业农村大数据中心

包括国家农业农村云平台、农业农村大数据平台、农业农村政务信息系统等,实现数据资源共享、智能预警分析,提高农业农村领域管理服务能力和科学决策水平。要建设天空地一体化的农业农村观测网络基础设施和应用体系,重点建设新型遥感卫星及地面应用设施和农业农村航空监测网络,并形成全国统一的农业农村地面物联网数据调查体系,从而实现对农业生产和农村环境等全领域、全过程、全覆盖的实时动态观测。另外,还要加快推进重要农产品全产业链大数据建设,打造数字农业农村综合服务平台。

4、要建立健全农业农村管理决策支持技术体系

健全重要农产品全产业链监测预警体系,推进管理服务线上线下相结合,促进数据融合和业务协同,提高宏观管理的科学性;健全重要农产品全产业链监测预警体系,加强重要农产品生产和市场监测,强化生产数据实时采集监测;建设数字农业农村服务体系,深入实施信息进村入户工程,优化提升农村社区网上服务,加快建设益农信息社,完善社会服务管理。还要建立农村人居环境智能监测体系和乡村数字治理体系。

农业机器人在爱尔兰工作

农业机器人在爱尔兰工作

机器人在工业和农业中的应用已经热议了许多年,但除了在工厂车间做重复性工作之外,它们的实际发展一直较慢。

如今这种情况在农业领域迅速改变,尽管距离大型自动驾驶拖拉机还有一段路要走,但小型机器人正在进入农田,并悄悄地开始工作。

在爱尔兰,IAM农业机械公司被指定为丹麦开发的Farmdroid机器人的代理商,该机器人在去年的全国耕作锦标赛上亮相,并于2023年春天在基尔肯尼公司进行了试验。

控制面板易于操作,可以从农场办公室远程访问,也可以由丹麦的Farmdroid公司访问

为了在爱尔兰的作业条件下测试这台机器,在Urlingford附近的一个混合农场里,给了它一块饲料甜菜地,让它播种和除草,遇到的第一个问题是种植季节来得较晚。

最终,它在5月初开始播种甜菜,依靠机器顶部的大型太阳能电池板白天充电留下的剩余电池电量,这项任务在一夜之间完成。

农场机器人开始除草

甜菜的行和间距都令人印象深刻,行与行之间的间隙也非常清晰。

到目前为止的结果表明,Farmdroid机器人清除杂草的潜力令人印象深刻

由于5月下旬和6月初杂草泛滥,近日,植物间隙并非完全没有杂草,但Farmdroid正在解决这一问题。

农业机器人消除化学品

到目前为止,一切都很顺利。来自IAM的约翰·劳利斯为公司负责Farmdroid和Hardi喷雾机的研发工作,他对这种新的种植方法取得的进展感到高兴。

约翰·劳利斯和处于工作模式的农场机器人。太阳能电池板需要放下来才能工作

约翰指出,明年可能会有一些不同的做法,但他和农民都对目前取得的成果感到满意。

到目前为止最显著的好处是,没有花一分钱在除草剂上,而作物却和过去几周喷洒过除草剂的作物生长情况一样,非常干净。仅凭这一点,它就成为农民机械车队中一种有价值的新工具。

机器的底部绕着一根线,当机器遇到障碍物时,它就会停下来

Farmdroid的价格约为9.5万欧元,与中小型拖拉机的价格相同,但它的设计目的是种植和照料25公顷的高价值根茎和蔬菜作物,不需要人工或化学除草,这一说法可能会在试验结束时得到证实。

顶部的电池组可以转动,转向是通过调整后轮的相对速度来实现的

对于那些对机器人技术持保留态度的人来说,最好把它看作是一种自动化的工具载体,而不是纯粹的机器人,这样一来,在技术阶梯上的提升就不会显得那么令人生畏了。

标签:机器人   农业   应用   发展

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