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　　农业机器人e文尽览现在知道正当其时（上）

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。

农业机器人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等。

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。而目前我国农业机器人研究产出规模虽已超过美国，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。其中我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

即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

全球农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。