74億美元的農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)有四大難點(diǎn)需突破

（文/程文智）7月15日，在第七屆中國(guó)機(jī)器人峰會(huì)暨智能經(jīng)濟(jì)人才峰會(huì)上，中國(guó)工程院院士、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心趙春江分享了《農(nóng)業(yè)機(jī)器人展望》的報(bào)告。他在分享中提到，2020年農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的規(guī)模大概為74億美元，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到206億美元。他同時(shí)提到了目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人遇到的瓶頸問(wèn)題，以及目前我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的一些實(shí)踐案例。

圖：中國(guó)工程院院士、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心趙春江在分享

市場(chǎng)規(guī)模74億美元，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用集中在無(wú)人機(jī)
在趙春江看來(lái)，不管是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人都給與了高度的關(guān)注，比如2007年美國(guó)的《時(shí)代周刊》將年度最佳發(fā)明獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了Hortirobot除草機(jī)器人；IEEE設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)術(shù)委員會(huì)；歐盟贊助了CROPS、Sweeper，MARS機(jī)器人等系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目；在中國(guó)2018年開(kāi)始也在重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目等等。

除了學(xué)術(shù)方面，在產(chǎn)業(yè)界，農(nóng)業(yè)機(jī)器人公司現(xiàn)在屬于蓬勃發(fā)展期，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的種類(lèi)非常多，也有很多的公司在做，比如采摘、除草、放養(yǎng)、打藥、搬運(yùn)，以及給植物授粉。此外，還有無(wú)人駕駛的拖拉機(jī)等等。據(jù)美國(guó)商業(yè)資訊對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)做的預(yù)測(cè)，2020年市場(chǎng)規(guī)模是74億美元，2025年達(dá)到206億，復(fù)合增長(zhǎng)率22.8%。

雖然，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)非常大，但目前主要集中在無(wú)人駕駛的拖拉機(jī)、噴藥的機(jī)器人、擠奶機(jī)器人，這幾類(lèi)農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，國(guó)際上面有很多公司從事相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。

我國(guó)也為農(nóng)業(yè)特定的結(jié)構(gòu)和功能研發(fā)了一批機(jī)器人，不過(guò)基本都是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的，還沒(méi)有完全的實(shí)用化。最近，國(guó)內(nèi)最大的農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)商家依托一拖拖拉機(jī)做無(wú)人駕駛，并且已經(jīng)開(kāi)始在生產(chǎn)當(dāng)中示范應(yīng)用。

目前，我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方面主要還是在無(wú)人駕駛拖拉機(jī)和噴藥無(wú)人機(jī)，比如大疆的植保無(wú)人機(jī)出貨量很大。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)的數(shù)量是6萬(wàn)架，每年服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面積是10億畝次。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的瓶頸
趙春江院士表示，機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有非常巨大的應(yīng)用前景，但其發(fā)展還有三大瓶頸需要突破。

首先是農(nóng)業(yè)的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，使得農(nóng)業(yè)機(jī)器人比工業(yè)機(jī)器人難做。因?yàn)?a target="_blank">工業(yè)機(jī)器人的焊接都有相對(duì)固定的結(jié)構(gòu)，而農(nóng)業(yè)上面沒(méi)有，全世界沒(méi)有一棵結(jié)構(gòu)一樣的蘋(píng)果樹(shù)，蘋(píng)果樹(shù)分枝位置都會(huì)有變化；相互遮擋，顏色紋理復(fù)雜；以及白天、陰雨天、黑夜的光環(huán)境變化對(duì)機(jī)器人的影響也很大。

二是農(nóng)業(yè)對(duì)象的生物特性。農(nóng)業(yè)對(duì)象一般都具有移動(dòng)性、柔軟性和商品性等生物特性，比如說(shuō)采摘蘋(píng)果，如果機(jī)器臂很強(qiáng)硬地把蘋(píng)果摘下來(lái)，很可能會(huì)破壞掉蘋(píng)果的商品價(jià)值，但如果沒(méi)有力氣的話(huà)，蘋(píng)果又摘不下來(lái)。

三是農(nóng)業(yè)上面要求高技術(shù)，且低成本。農(nóng)業(yè)當(dāng)中的場(chǎng)景也是復(fù)雜多變的，有粉塵、風(fēng)雨、光照條件的變化，因此，場(chǎng)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(duì)被操作對(duì)象的定位識(shí)別等等一系列的問(wèn)題。

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

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的實(shí)踐
趙春江院士還在分享中講到了他們團(tuán)隊(duì)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的實(shí)踐。比如他們團(tuán)隊(duì)做的嫁接用的機(jī)器人，為了病害把新的苗嫁接在老的木頭上面，過(guò)去是人拿刀子和人協(xié)作完成，現(xiàn)在是人跟機(jī)器協(xié)同來(lái)完成。


他們還做了一個(gè)拖拉機(jī)無(wú)人駕駛的免耕播種的機(jī)器人，“我們現(xiàn)在做無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)必須用車(chē)相當(dāng)于一個(gè)機(jī)器人作業(yè)，像人一樣作業(yè)，能夠進(jìn)行場(chǎng)景的感知，自動(dòng)判別，包括里面障礙物等各方面，難度在于拖拉機(jī)不像汽車(chē)一樣，他后面是載荷很重要的負(fù)載的農(nóng)具，這是我們做的施肥的機(jī)器人，我們通過(guò)模型把每個(gè)地方的作物種子情況判斷出來(lái)，跟位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，把這些數(shù)據(jù)給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)位置施肥，實(shí)現(xiàn)每個(gè)地塊精準(zhǔn)的施肥?！壁w春江分享說(shuō)。

除了單臺(tái)的機(jī)器，現(xiàn)在實(shí)際當(dāng)中是多個(gè)機(jī)器在農(nóng)業(yè)場(chǎng)景中同時(shí)作業(yè)，那么，多個(gè)機(jī)器怎么協(xié)同配合、路徑怎么規(guī)劃、一個(gè)機(jī)器壞了，另外機(jī)器加入怎么進(jìn)行任務(wù)分配，需要很多的算法，過(guò)去叫無(wú)人駕駛是講機(jī)械腦，現(xiàn)在農(nóng)業(yè)里面強(qiáng)調(diào)多個(gè)機(jī)械共用一個(gè)腦，這樣減少成本的投入。趙春江的團(tuán)隊(duì)在黑龍江做了一個(gè)多農(nóng)業(yè)機(jī)器人協(xié)作的實(shí)踐項(xiàng)目。

結(jié)語(yǔ)
展望未來(lái)，我們國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人有巨大的需求，1991年我國(guó)的勞動(dòng)力占全社會(huì)的勞動(dòng)力61%，現(xiàn)在農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)力占全社會(huì)的勞動(dòng)力只有26%，城鎮(zhèn)化發(fā)展使得農(nóng)村的勞動(dòng)力大量轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在農(nóng)村存在誰(shuí)來(lái)種地的問(wèn)題，而農(nóng)業(yè)機(jī)器人剛好可以解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)然，目前農(nóng)業(yè)機(jī)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(gè)差距。

未來(lái)要把新材料，新技術(shù)，新方法融入在一起，研發(fā)適合農(nóng)業(yè)場(chǎng)景的機(jī)器人，進(jìn)行學(xué)習(xí)提高判斷能力，提高機(jī)構(gòu)的執(zhí)行力，達(dá)到人機(jī)共融。