农业机器人应用现状及发展趋势

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摘要：基于生产需求和市场的扩大，在科学技术高速发展的背景下，农林业有了农业机器人代替人们完成各种农活，改变了传统的农业生产模式，不仅减少了劳动力的投入，而且还提高了生产效率，无形中极大的促进了现代农林业的发展。简要的总结了目前国内外机器人的种类以及发展过程中的优缺点，并对我国未来农林业机器人的发展前景做了展望，以期为农业机器人技术的进一步发展提供参考。

关键词：农业机器人；发展现状；问题；发展前景

我国是一个农业大国，农业问题一直是影响到中国社会经济发展的根本，建国初期的经济发展主要靠农业，生产力低下是农业发展缓慢的原因之一。随着信息化时代的到来，出现了各式各样的机器人来代替人们进行作业。近些年国内外的机器人在生活生产中的应用也愈来愈广泛[1，2]。农业机器人的广泛应用改善了传统农业的生产方式，主要体现在减少劳动力的投入、节约成本、提高生产效率[3]。纵观近些年农业机器人的发展，我们仍可以看出一些不足：研发机器人成本高、机器人生产效率偏低、智能化程度不高、差距显著等。农业机器人的发展还需要改进，本文主要对农业机器人的应用现状进行归纳，分析其优势与不足，并给出几点展望。

1农业机器人应用

1.1国外机器人的应用现状

农业机器人愈发受到农业人口较少的发达国家的重视，这也是国际农业装备产业技术竞争的焦点之一。作为农业机器人研究最早、同时也是市场发育最为成熟国家之一的日本，目前已研制出育苗机器人、扦插机器人、农药喷洒机器人、施肥机器人和移栽机器人等多种农业机器人，在理论与应用方面都居世界前列。然而美国由于国土面积广阔及自身先进的科学技术作支撑，美国在理论与技术上都比较成熟。最具代表性的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，很适合在美国一些大片规划整齐的农田里收割庄稼[4]。西班牙初创公司已研制出一种全自动草莓收割机，这种收割机有24条“手臂”，可以独立采摘草莓。每个机械臂配有摄像头，内置短距离集成色彩和红外深度传感器。凭借这种传感器，机器人能分析核实每个草莓的外观和颜色，配套软件根据草莓的颜色进行识别然后判断作物是否可以采摘，这种机器人功能齐全，能够精确的确定草莓的位置，几乎能完成所有人工操作环节[4]，而且完全不必担心对草莓造成损伤。

1.2国内机器人的应用现状

与发达国家相比，我国农业机器人无论是研发还是应用都还处于起步阶段，直到上世纪90年代中期，我国才开始了农业机器人技术的研发，比一些发达国家起步晚了十余年。受市场投资、生产成本、技术落后等的影响，我国农业机器人的发展较为缓慢，我国目前研发并投入使用的农业机器人有除草机器人、采摘机器人、扦插机器人、育苗机器人等，并在生产方面已取得很大的进展。比如国内研发出的嫁接机器人，在国内自动化技术充分发展的背景下已出现了全自动的蔬菜嫁接机器人。在自动化和算法应用的作用下不仅大大提高了嫁接后的成活率而且还节约了人力，使嫁接作业变的更为简便。国内还有苹果采摘机器人、荔枝采摘机器人和黄瓜采摘机器人等，这些水果采摘机器人在高科技水平的支撑下能够实现对瓜果类农产品进行无损采摘作业，有的机器人能够实现在非结构环境下的自主导航作业，实现从搜索、扫描、识别、定位到末端执行器控制与操作，最终实现农作物的采收，这种技术打破了传统机器人工作在结构化环境的技术屏障，是在科研水平上的创新为以后农业机器人走出实验室，进入自然环境进行作业提供了强有力的理论与技术的支撑[5]。

2农业机器人的特点及分类

相比于其他行业的机器人而言，农业机器人的特点可简要概括为以下几个方面：1）现阶段农业机器人大多是工作在农田或温室大棚里，一方面作物的生长受到光照温度湿度等的影响，另一方面作物在不断生长，种种原因使农业机器人的工作环境较复杂这就要求机器人的智能化程度较高，灵活性强。2）不同种类的机器人工作面对的对象也有所差异，农作物一般比较脆弱，易受到外加的压力或者温度等影响而产生变形或者断裂，除此之外，在农作物不同的成长阶段，对应的机器人都需要根据不同的情况进行具体的分析，这就需要机器人本身具备很高的灵活性和智能化。这也是现阶段农业机器人在发展中的一个核心技术。3）农业机器人的操作对象一般是农民，因此操作起来应比较简单，不能过于繁琐，使用农业机器人应简单便捷，在保证速度的前提下尽可能的保证其效率，让人们能更好更快的去学习使用功能。减轻人们的劳动强度，提高生产率和作业质量，减少农药和化肥等化学产品的使用，节约成本还能保护环境。4）农业机器人是一种具备某些与人类或生物相似的智能能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器，能够代替人们做一些单调和重复的长时间作业，能够进入危险环境代替人们进行劳动，工作质量稳定，保证产品的一致性。5）农业机器人的应用不仅局限于陆地方面，还可以运用到空中；提到无人机相信大家都不陌生，无人机的应用已经衍生到各方面中，在农业方面的应用：比如用无人机喷洒农药、运送肥料、航拍检测农作物的生长情况等[6]。这样可以让我们更方便管理农作物，获得最高质量的产品。针对不同的工作对象、环境等，现已研发出了一系列的农业机器人[7]，根据不同的生产要求主要有如图1所示几类：

3农业机器人的问题及不足

机器人的出现给各个产业带来了生机，人们的生产生活方式发生了巨大的变化，但与一些发达国家相比我国农业机器人的发展在某些方面还是比较落后，今后需要进一步向更智能化、更自动化、更先进发展。现阶段的机器人仍有许多不足，总结主要有如下几点：1）比如农业机器人的智能化程度较低、处理问题的方式单一；2）制造成本高研发难度大，使得农业机器人的推广面临巨大的挑战；3）普遍存在的问题是农村劳动力短缺，机械化规模小，普及率低，很难实现标准化统一；4）发展不够成熟，大批量研发使用还会有一定的风险；5）创新型人才短缺，先进的生产技术难以得到普及运用；6）农业机器人作业是季节性的大多都针对农业生产中的某一环节，功能单一，利用效率低。

4农业机器人的发展前景及趋势

科技水平飞速发展不仅改变了传统的农业生产方式而且缓解了劳动力人口短缺的现状，代替人们自主完成枯燥且长时间重复的工作。现阶段，农业机器人也正发生着向小型、低耗、智能化和自动化转型，农业互联网技术是当前普遍流行的农业种植管理方式，实现系统化，通过大数据汇聚信息。农业机器人的兴起正逐渐成为国内外科研的重点，疫情期间粮需求量增加，解决发展问题必须还要依靠科技的进步，发挥农业科技的力量愈发显示出高度的重要性。首先，农业机器人的应用为国家的农业自动化、精准化、智能化发展带来了强劲动力，在国家经济、科技都取得快速发展的情况下，加大了对农业机械化发展的扶持力度，通过农业机器人的研发与应用，期望能提升土地生产力以维护粮食安全和社会的稳定。其次，农业机器人的发展已从早期的平坦陆地衍生到复杂地形、水中和空中领域，由最笨拙复杂的结构发展到轻盈先进的现代化农业机器人，5G网络的出现再加上物联网和人工智能、GPS等的普及应用使得机器人的智能化程度得以飞速提升，从而才能更好的为农业生产服务，农业机器人的市场正在迎来快速增长阶段。现已经出现农业机器人替代人们完成繁重的体力劳动、提高生产效率的实例，大大提高了农业生产效率。用科技代替资源，不断提高资源的利用率，从而提高经济效益。随着经济水平的持续高速发展，我国农业机器人的发展在新的生产模式中会出现良好的机遇，在全球科技的不断变革下，势必会有一些新型高端技术的出现，将会不断改变和影响现代农业的发展，所以农业机器人的研发对我国未来农业的长远发展意义非凡。

参考文献

[1]肖旭，李明，谢景鑫，等.农业机器人技术发展综述[J].湖南农业科学，2020，422（11）：121-126.

[2]张鹏，张丽娜，刘铎，等.农业机器人技术研究现状[J].农业工程，2019，9（10）：1-12.

[3]王家硕，陈炳舟，杨广召，等.农业机器人在农业中应用[J].安徽农学通报，2020，402（20）：132-133.

[4]王儒敬，孙丙宇.农业机器人的发展现状及展望[J]中国科学院院刊，2015，30（6）：803-809.

[5]林欢，许林云.中国农业机器人发展及应用现状[J].浙江农业学报，2015，27（5）：865-871.

[6]唐鹏飞，田晶.无人机在未来农机中的应用及发展趋势[J].南方农机，2020，51（16）：53-54.

[7]闫全涛，李丽霞，邱权，等.小型移动式农业机器人研究现状及发展趋势[J].中国农机化学报，2019，40（5）：178-186.

作者：张仕鹏 何勋 张守一 单位：河南农业大学机电工程学院