农业科技 | 机器人技术在农业领域的突破与应用

以政策利好为向导,我国智能农机推进颇有成就,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。

本文来自微信公众号“农业品牌联盟”,作者/盟主。

人类长久以来一直渴望从繁重的劳作中解放出来。在这个愿望的推动下,农业机器人应运而生,农业机器人是人的四肢在农业场景中的延伸,它将人与土地剥离,再将其二者更好地融合,组成了智慧农业的重要部分。随着智慧农业的不断进步,人们对于先进智能农机的需求变得更为迫切。

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在《中国制造2025》“农机装备发展行动方案(2016-2025)”中,将“智能农机装备”纳入“十三五”国家重点研发计划。《“十四五”全国农业机械化发展规划》指出,我国农业生产已从主要依靠人力畜力转向主要依靠机械动力,进入了机械化为主导的新时期。十四五”时期,三农工作进入全面推进乡村振兴、加快农业农村现代化的新阶段,对农业机械化提出了新的更为迫切的要求,也为农业机械化带来了新的发展机遇。

以政策利好为向导,我国智能农机推进颇有成就,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。

农业机器人的概念

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,以适应各种作业,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。

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农业机器人将信息技术进行综合集成,集感知、传输、控制、作业为一体,将农业的标准化、规范化大大向前推进了一步。不仅节省了人力成本,也提高了品质控制能力,增强了自然风险抗击能力。

并通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术将农作物与物联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。

农业机器人的产生

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。

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上世纪80年代开始,一些发达国家由于地多人少的原因,就已经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。

农业机器人的分类

农业机器人是一种新型智能农业机械,可用于农业生产中的诸多环节。农业机器人的诞生,不仅是机器人技术发展的产物,更是农业现代化发展的必然成果。随着农业机器人广泛应用,传统的农业生产模式得以升级,现代农业得以加速变革。

农业机器人的类型繁多,包括大田作业机器人、设施农业机器人、以及园区巡检机器人等。它们利用多传感器融合、自动控制等技术,在自然环境中实现农业装备的自动化和智能化生产。

大田生产农业机器人

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。

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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途径。

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基本上都是人工进行,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。

设施农业机器人

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。

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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。

园区巡检机器人

在山东淄博现代农业产业园内,一台温室巡检机器人正按照管理人员设定的路线前进,携带的摄像头随时记录沿线作物的生长情况,并将相关数据实时反馈到手机终端,工作人员针对相关数据进行分析,即可实现作物种植科学管理。

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这是针对温室果蔬种植智能化程度低、人工管理成本高涨的难题,产业园引进耕云科技研发的温室智能巡检机器人,辅助生产管理作业,提升生产效率和种植效益。

智能巡检机器人结合数字技术与农业场景,是数字技术在农业应用的标志性成果。机器人配备温度、湿度、辐照强度、二氧化碳浓度传感器和高清摄像头,并融合大数据与AI技术,为农作物提供精准的识别与分析。

农业机器人的特点

农业机器人作业季节性较强 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。

农业机器人作业环境复杂多变工业机器人作业环境比较固定,而农业机器人的作业环境一般难以预知。因此,农田作业的机器人需要有较强的环境识别能力,且还要对不同环境有不同的动作反应。

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作业对象的娇嫩和复杂性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需要进行柔性处理;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。

农业机器人使用对象的特殊性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,需要农业机器人必须具有高可靠性和操作简单等特点。

农业机器人价格的特殊性农业机器人的前期研发投入较大,结构复杂,制造成本较高,导致价格昂贵,超出了一般农民的承受能力。

农业机器人的发展趋势

在劳动力短缺、产业升级需求增长、前沿技术加快发展等多重因素影响下,农业机器人正加速拓展应用范围。如今,农业机器人不仅越发多元化、智能化,而且还推动了“无人农场”等新兴概念的实现,未来市场前景十分广阔。

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如今,人工智能、大数据、物联网等前沿技术的发展正在改变着这个时代,农业生产方式从机械化向数字化迈进,精准农业技术已经悄然改变了传统的农业生产模式,高端智能化阶段已然到来。

农业机器人相比传统的农用设备来说,更具备现代信息化特点,在运用于农业各个环节时,具有推动农业领域发展、提高生产效率、减低人力成本和运营成本等优势。

我国的农业机器人行业正在逐步发展。农业机器人大大简便了农业生产的步骤,在为农户提高产能、降低成本方面做出了巨大贡献,在信息化、智能化的时代,农业机器人在农业生产中的重要性逐渐凸显出来。

当前,农业依然被视为一种深具艺术性的行业。从播种之刻起,无数变量开始影响着种子的成长,而应对这些变化的策略很大程度上依赖于农民的直觉、经验和判断力。为了推动农业机器人的长期发展,关键在于培养人们对智能解决方案的信任,并让他们接受将生产决策交由算法处理所带来的风险。只有这样,农业的未来才能真正拥抱技术革新和智能化的可能性。

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如今,农业机器人已得到广泛应用,在自动化松土、播种、打药、采收等方面已开始替代传统生产方式。作为一家专注于提供智慧农业数字化解决方案的农业科技公司,耕云科技将不断加强农业领域的科技创新,大幅度提高农业生产效率,推动农业绿色可持续发展,促进我国从农业大国转变为农业强国。

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