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74億美元的農業機器人市場有四大難點需突破

荷葉塘 ? 來源:電子發燒友原創 ? 作者:程文智 ? 2021-07-17 08:33 ? 次閱讀
(文/程文智)7月15日,在第七屆中國機器人峰會暨智能經濟人才峰會上,中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心趙春江分享了《農業機器人展望》的報告。他在分享中提到,2020年農業機器人市場的規模大概為74億美元,預計2025年達到206億美元。他同時提到了目前農業機器人遇到的瓶頸問題,以及目前我國在農業機器人方面的一些實踐案例。

圖:中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心趙春江在分享

市場規模74億美元,國內農業機器人應用集中在無人機
在趙春江看來,不管是學術界還是產業界對農業機器人都給與了高度的關注,比如2007年美國的《時代周刊》將年度最佳發明獎頒發給了Hortirobot除草機器人;IEEE設置了專門的農業機器人與自動化學術委員會;歐盟贊助了CROPS、Sweeper,MARS機器人等系列農業機器人項目;在中國2018年開始也在重點關注農業機器人項目等等。

除了學術方面,在產業界,農業機器人公司現在屬于蓬勃發展期,農業機器人的種類非常多,也有很多的公司在做,比如采摘、除草、放養、打藥、搬運,以及給植物授粉。此外,還有無人駕駛的拖拉機等等。據美國商業資訊對農業機器人市場做的預測,2020年市場規模是74億美元,2025年達到206億,復合增長率22.8%。

雖然,農業機器人的市場非常大,但目前主要集中在無人駕駛的拖拉機、噴藥的機器人、擠奶機器人,這幾類農業機器人在農業生產當中實現了大規模生產應用,國際上面有很多公司從事相應產品的研發和生產。

我國也為農業特定的結構和功能研發了一批機器人,不過基本都是實驗性質的,還沒有完全的實用化。最近,國內最大的農機的生產商家依托一拖拖拉機做無人駕駛,并且已經開始在生產當中示范應用。

目前,我國的農業機器人應用方面主要還是在無人駕駛拖拉機和噴藥無人機,比如大疆的植保無人機出貨量很大。

據統計,目前我國的農業無人機的數量是6萬架,每年服務農業生產的面積是10億畝次。

農業機器人發展的瓶頸
趙春江院士表示,機器人在農業領域有非常巨大的應用前景,但其發展還有三大瓶頸需要突破。

首先是農業的非結構化環境,使得農業機器人比工業機器人難做。因為工業機器人的焊接都有相對固定的結構,而農業上面沒有,全世界沒有一棵結構一樣的蘋果樹,蘋果樹分枝位置都會有變化;相互遮擋,顏色紋理復雜;以及白天、陰雨天、黑夜的光環境變化對機器人的影響也很大。

二是農業對象的生物特性。農業對象一般都具有移動性、柔軟性和商品性等生物特性,比如說采摘蘋果,如果機器臂很強硬地把蘋果摘下來,很可能會破壞掉蘋果的商品價值,但如果沒有力氣的話,蘋果又摘不下來。

三是農業上面要求高技術,且低成本。農業當中的場景也是復雜多變的,有粉塵、風雨、光照條件的變化,因此,場景的感知、精度、處理速度要求比較高。此外,還需要考慮如何對被操作對象的定位識別等等一系列的問題。

四是效率問題。由于很多不確定性,還有執行系統,我們要求很多都是柔性的執行系統,擠奶機器人,擠奶器,摘蘋果,摘蔬菜,包括西瓜果品的分類方面都是要求有柔性,還有執行效率,執行效率并不是很高,目前的一些采摘機器人的效率還比不上人類。因此,怎么樣從算法和控制上提高機器人的采摘速度,也是目前需要突破的瓶頸之一。

農業機器人的實踐
趙春江院士還在分享中講到了他們團隊在農業機器人方面的實踐。比如他們團隊做的嫁接用的機器人,為了病害把新的苗嫁接在老的木頭上面,過去是人拿刀子和人協作完成,現在是人跟機器協同來完成。


他們還做了一個拖拉機無人駕駛的免耕播種的機器人,“我們現在做無人農場,無人農場必須用車相當于一個機器人作業,像人一樣作業,能夠進行場景的感知,自動判別,包括里面障礙物等各方面,難度在于拖拉機不像汽車一樣,他后面是載荷很重要的負載的農具,這是我們做的施肥的機器人,我們通過模型把每個地方的作物種子情況判斷出來,跟位置進行關聯,把這些數據給機器人,機器人根據位置施肥,實現每個地塊精準的施肥。”趙春江分享說。

除了單臺的機器,現在實際當中是多個機器在農業場景中同時作業,那么,多個機器怎么協同配合、路徑怎么規劃、一個機器壞了,另外機器加入怎么進行任務分配,需要很多的算法,過去叫無人駕駛是講機械腦,現在農業里面強調多個機械共用一個腦,這樣減少成本的投入。趙春江的團隊在黑龍江做了一個多農業機器人協作的實踐項目。

結語
展望未來,我們國家對農業機器人有巨大的需求,1991年我國的勞動力占全社會的勞動力61%,現在農業的勞動力占全社會的勞動力只有26%,城鎮化發展使得農村的勞動力大量轉移,現在農村存在誰來種地的問題,而農業機器人剛好可以解決這個問題。當然,目前農業機器人與人之間還有很大的差距,我們需要在材料、算法、控制、策略,以及加工的工藝等各方面做到提升,以減少這個差距。

未來要把新材料,新技術,新方法融入在一起,研發適合農業場景的機器人,進行學習提高判斷能力,提高機構的執行力,達到人機共融。

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