农业机器人的春天来了吗

“智能化的农业农机装备为提高农业生产效率指出了一条路。从长远看，农业机器装备发展到一定程度就会衍生出农业机器人。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、复杂的生产任务。”日前，中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江在2019世界机器人大会上说。

农业机器人是农业智能化装备的一种，能够利用多传感器融合、自动控制等技术，让自然环境下作业的农业装备实现自动化、智能化生产。农业机器人种类丰富，包括大田作业机器人、温室机器人、林业农业机器人、畜牧农业机器人、水产农业机器人等。

传统农民正在减少

来自农业农村部的数据显示，我国田间平均机械化作业水平达到63%，而江苏、黑龙江等全国粮食主产区已经突破80%。

“虽然农业机械化水平已经比较高，但是农机的作业环境依然比较恶劣，劳动强度也比较大，而且对农机操作人员的驾驶水平要求比较高。”江苏大学教授魏新华说，“由于操作人员技术水平的差别，农业作业质量也差别较大。”

中国农业大学教授李伟表示，现代农业生产对作业人员提出了规模化、标准化、信息化等要求。

农业生产对生产人员提出更高要求，与此同时，传统农民正在减少。据统计，“十三五”期间，我国约有1.2亿人口进入城镇。

越来越多的耕地依靠集体经营、规模化生产。目前，我国40%的耕地由270万个农业新型经营主体耕作，农业生产开始依靠合作社、家庭农场、牧场、种植业和养殖业大户、龙头企业等新型经营主体。

国际上同样面临农业生产人员缺乏的问题。自上世纪80年代起，农业机器人应运而生，如瑞士的田间除草机器人、苹果采摘机器人，美国的苗圃机器人、智能分拣机器人，爱尔兰的大型喷药机器人，法国的葡萄园作业机器人等。

国际学术界对农业机器人非常重视，2008年国际机器人与自动化协会（IEEE RAS）成立农业机器人与自动化学术委员会。2009年美国《时代周刊》将年度最佳发明奖颁发给一款除草机器人。

美国研究公司Tractica的一份报告预测，到2024年底，全球农业机器人的年出货量预计将达到594000台，农业机器人市场的年收入将超过740亿美元。

“农业机器人的发展拥有前所未有的大好局面，农业机器人迎来了春天。”李伟说。

非结构性环境的挑战

春天的到来都要经历寒冬的考验。对于农业机器人来说，这场寒冬就是机器人研发使用过程中的一个个科研难题。

和其它机器人一样，农业机器人由三个重要部分组成：类似人类五官的视觉、触觉、听觉、味觉等，能够感知、获得信息的传感器和系统；能够解析任务，识别、判断环境，制订行动计划的芯片，功能类似大脑；具有超强的执行能力的机构。科研难题就隐藏在这其中。

李伟表示，整体看，我国农业机器人与国际研究水平相当，部分技术处于领跑水平，比如自然环境下机器人的伺服控制要求等。也有一些技术处于落后状态，比如涉及作物信息、动植物生理、生态感知的传感器件等。

她强调，其中全世界面临的一个共性难题是在非结构环境下如何有效获取信息。“不同于工业环境的流水线生产，农业机器人面临的工作环境非常‘多变’，果实形态多样、农业环境中复杂的光照条件、植株的复杂布局等，都会对农业机器人的判断和执行造成干扰。”

她举例说，黄瓜采收机器人在摘黄瓜的过程中，首先得找到目标。但是每个黄瓜长得都不完全一样，并且还有枝叶的遮挡，机器人找到黄瓜、定位、伸手、采摘的过程不顺畅，这大大影响了机器人采摘过程的速度。

日前，李伟研究团队取得突破性进展，研发出非结构环境智能双目视觉系统。该系统能够在农田、果园等自然环境下，识别光照、时空，动态采集，高速实时传输数据。该系统已经在采摘机器人、除草机器人、割胶机器人等农业机器人方面展开实验与验证。