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農(nóng)業(yè)機(jī)器人面臨的挑戰(zhàn)

近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)和服務(wù)業(yè)領(lǐng)域取得了顯著成就，其中，工業(yè)機(jī)器人的全球裝機(jī)量達(dá)到360萬(wàn)臺(tái)，而農(nóng)業(yè)機(jī)器人的數(shù)量尚不足50萬(wàn)臺(tái)。這背后的原因是什么？

為什么要大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人？中國(guó)工程院院士、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江在2024世界機(jī)器人大會(huì)上表示，我國(guó)人力資源短缺、農(nóng)業(yè)場(chǎng)景復(fù)雜、科技進(jìn)步推動(dòng)等因素決定了農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有廣闊的應(yīng)用前景。第一，人力資源短缺。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨人力不足的問(wèn)題。第二，農(nóng)業(yè)場(chǎng)景復(fù)雜。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境艱苦，依靠人力難以滿足日益增長(zhǎng)的食物需求。第三，科技進(jìn)步推動(dòng)。智能社會(huì)時(shí)代，人工智能技術(shù)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)帶來(lái)新希望，必將推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人加速發(fā)展。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為一種特種機(jī)器人，與工業(yè)機(jī)器人在技術(shù)上有較大區(qū)別。趙春江表示，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在如下四個(gè)方面。

第一，復(fù)雜環(huán)境下的感知不精準(zhǔn)。農(nóng)業(yè)場(chǎng)景的光照條件、遮擋、紋理、顏色變化等因素，使得機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的感知能力受限。第二，動(dòng)態(tài)環(huán)境下的協(xié)調(diào)困難。機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，手、眼、腳、腦的協(xié)調(diào)難度較大，尤其是在復(fù)雜環(huán)境下。第三，末端執(zhí)行器操作不靈巧。設(shè)計(jì)靈活的機(jī)械手成為農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的核心問(wèn)題。第四，效率問(wèn)題。機(jī)器人從識(shí)別定位到執(zhí)行任務(wù)，過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)。如何提高效率，實(shí)現(xiàn)多臂協(xié)調(diào)作業(yè)，是亟待解決的問(wèn)題。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用需要解決哪些核心關(guān)鍵技術(shù)？

“農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要由感知、決策和執(zhí)行三部分組成。目前，全球已研發(fā)出多種農(nóng)業(yè)機(jī)器人，如種植、除草、施肥、采摘等。我國(guó)在無(wú)人農(nóng)場(chǎng)方面也取得了顯著成果，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。”趙春江說(shuō)。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人分幾類？每一類的農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要解決哪些核心關(guān)鍵技術(shù)，才能推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人大范圍應(yīng)用？趙春江認(rèn)為，農(nóng)業(yè)機(jī)器人分巡檢機(jī)器人、施藥施肥機(jī)器人、除草機(jī)器人、剪枝機(jī)器人，采摘機(jī)器人五類。每一類的農(nóng)業(yè)機(jī)器人都需要解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。第一，巡檢機(jī)器人，涉及導(dǎo)航、定位、目標(biāo)識(shí)別、多數(shù)據(jù)融合等技術(shù)。第二，施藥施肥機(jī)器人，需要解決目標(biāo)識(shí)別、跟蹤、控制、操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃等問(wèn)題。第三，除草機(jī)器人。需要機(jī)器人識(shí)別苗與草，掌握行間與柱間除草技術(shù)。第四，剪枝機(jī)器人，需要點(diǎn)云配準(zhǔn)、多傳感器、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生技術(shù)等技術(shù)的支持。第五，采摘機(jī)器人需要適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采摘。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展展望

在趙春江看來(lái)，未來(lái)3—5年，專用農(nóng)業(yè)機(jī)器人有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，技術(shù)突破將解決復(fù)雜環(huán)境下的感知、協(xié)調(diào)等問(wèn)題；未來(lái)5—20年，通用農(nóng)業(yè)機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)，云邊端將成為作業(yè)系統(tǒng)。

“未來(lái)，我們將加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)新，緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)自主、智能、共融、協(xié)作的目標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展將涉及智能感知、決策控制、靈巧執(zhí)行和自主移動(dòng)等多個(gè)方面，最終集成一個(gè)高效的作業(yè)系統(tǒng)。” 趙春江總結(jié)說(shuō)。