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农业机器人的现状与未来

时间:2019-04-10 21:42:00 来源:互联网 阅读:0次

因为需要喂养越来越多的人,农民身上的压力越来越大。联合国预计,到2050年世界人口会从现在的73亿增长到97亿。这些增加的人口对食物的要求也越来越高。2014年,仅在欧盟,有机市场增长了7.4%,销售额达到240亿欧元。不仅仅是有机食品,人们希望农业也变得更加环保,使用更少的水资源和杀虫剂。

“农业对气候变化非常敏感,但农业也是制造气候变化的罪魁祸首之一。”Deepfield Robotics公司的Birgit Schulz说道。“实施可持续农业是很有必要的。”

以上因素要求农民必须以可持续的方式生产更多更好的作物。然而年轻人纷纷离开了农业,这导致达成以上目标可用的劳动力减少了。

是时候引进机器人了。机器人能够提高产量、减少资源需求,并且使务农变成一项令人兴奋的高科技职业。

“很少有人愿意在早上五点起床,农业是个又脏又累的活计。”荷兰瓦赫宁根大学农业科技小组负责人Eldertvan Henten说。“未来的高科技农业可能会吸引一批新人进入农业,并且也会将流失的人才吸引回来。”

机器人是农业大潮中的一员。出于对其潜力的考虑,欧洲至少投资了6个机器人农业项目。对于农场上许多任务印刷用纸图片
,自动化技术已经成熟,机器人的发展空间巨大。

在种植业中,机器人需要靠自动导航来完成各种任务,例如摘果子、喷农药、播种、反映作物图像和测量等。由于环境更加人工化,温室对于机器人来说更容易四处穿行。而且温室中通常铺有道路使机器人能够到达想去的地方。在室外大田环境下,机器人依靠收到的指令到达田地中的各个地方。如果运行轨道已确定,机器人可以通过GPS定位并利用闭环控制确保不偏离轨道。如果运行轨道不确定,例如跟随一行作物移动,通常使用摄像头来保证机器人能够找到轨道。机器人通过无线与一台中央控制器连接。中央控制器既接收实时更新的任务指示,又反馈当前状态及数据。总结起来,制造一个自动化的农业机器人需要智能的控制器、定位系统以及通讯系统。在某种程度上,这项技术就像是将自动驾驶汽车技术利用在农业上。与自动驾驶汽车不同,农业机器人通常要与环境互动,例如采摘蔬菜水果、在指定位置喷洒农药或播种。所有这些任务都要依靠它们自己来感知、操作和处理。

在近期完成的一个项目中,一队拖拉机和带有传感器的航空机器人从作物中分辨杂草,并对其施用除草剂。项目负责人Pablo Gonzalezde Santos对当今技术进展情况做了如下讲解:

“我们已经证实自动化机器人能够参与多种农事活动。传统的农活,例如耕地、播种及收获等,都可以使用自动化机器人完成。这些任务所需的度由机械自身提供,当前使用全球卫星导航系统的度大约为正负2cm。对于其他需要使用视觉来跟随轨道的任务,当前的度大约是正负7cm。”

当机器人与智能工具相结合时,其应用前景十分广阔。

“携带除草剂的自动驾驶拖拉机与装载杂草探测系统的无人机协作,节约了高达75%的除草剂。携带杂草探测系统的自动驾驶拖拉机能够除掉田地中90%的杂草。”

博世新成立的子公司Deepfield Robotics同样开发了适于可持续农业的技术。“我们的产品是传感络和机器人。”Birgit Schulz介绍道。

这些机器人在作物行间行驶,将收集到的作物数据传给农民运动服
,帮助他们优化育种。如果机器人装载了“杂草碾压者”,那么它真的会把杂草砸进地下去。Deepfield Robotics同时也提供可以安装在田里的智能传感器。该传感络已经在田间得到了应用,用于检测芦笋田的土壤状况。

Deepfield Robotics开发的田间机器人

但是前方依然有许多障碍。Pablo Gonzalezde Santos说:“除了检测杂草,我们也需要能够在严苛环境下(例如光线昏暗、布有尘土、极端温度及风向风速多变等)分辨果实并分析果实成熟度的技术。同时也需要提高机器人的定位精确性,用来帮助优化杀虫剂施用情况及提高操作的度。尽管工业用的操作系统在工厂中的度和速度都很好,将它们用于农业会有很多困难。因为农业的操作对象并非静止不动,而且柔软易损,并且农业环境充满障碍。”想象一下,采摘甜椒和在生产线抓住一只螺栓的不同感觉。实际上,甜椒收获机器人正是欧盟“地平线2020项目”中的一部分,继续之前“作物项目”的研究牛金所

Eldertvan Henten说道:“这项技术并不仅仅需要视觉,触觉在采摘甜椒时也很有帮助。农民在采摘时无疑使用的是触觉。”

甜椒收获机器人示意图

在机器人制造界经常会遇到的问题是缺乏清晰的监管,这使进入此项领域的公司非常头疼。

“安全问题不可小视,机器人必须能够探测出周围环境的动态,对发生的碰撞或意外做出保护人类、野生动物及其自身的反应。”Pablo Gonzalezde Santos说。他补充说道:“对地面自动机器人造成的伤害目前完全不知道应该由谁来承担。对无人机的监管也非常具有限制性,即使是研究目的的使用也需要取得特别许可。”

Birgit Schulz也赞同安全和监管问题是重要的。他同时也提出了几个问题:“如何定义并实现机器人应有的自动化程度?如何把机器人运送到田里?如何才能使机器人的使用更简单?如果机器人卡住了应该怎么办?”

好消息是农民已经做好迎接新科技的准备了。看一看现在农民的装备就知道高科技已经进入他们的生活。一点不为人知的事实:农民已经成为机器人技术重要的使用者之一了。

荷兰的Lely公司在全世界范围内拥有20000台挤奶机器人。Lely Astronaut A4挤奶机器人让奶牛自主控制挤奶时间,不再需要农民强迫奶牛挤奶。机器人将进场的奶牛与挤奶杯相连接,如果位置不好会再重新连接一次,然后在挤奶结束时解除连接。除此之外,机器人也收集奶牛的数据,这可以帮助农民监视牛群,以便在有问题发生时采取行动,提高产量。

这家公司也制造能够清理牛舍的自动机器人和自动喂食机器人。

未来的农场会有各种机器人聚集一堂。在汉诺威工业博览会上展出的MARS计划,即移动农业机器人集群计划,展示了基于云端的农业机器人应用设想。通过使用许多更简单更小型的机器人,设计者希望使他们的农场解决方案更安全可靠、更高产,并且避免大型机器人穿梭田地时产生的土壤压实问题。机器人集群还可以持续工作,这些小机器人轮流充电或维护。

MARS计划示意图

为了满足日益增长的粮食生产需求及可持续性,现在正是将机器人引入农场的大好时机。在整合成为“数字农场”,使农民满意高效地运营农场之前,自动化的独立任务正一步一步成为现实。不过依然任重道远。Eldertvan Henten认为机器人在进入农场之前需要做到“快速、精确、100%成功并节约成本”。但是他也补充道:“人类与机器人共同工作是目前的趋势。一个或几个机器人在人类的监督指导下完成(部分)工作,或者人与机器人并肩完成任务。这可能会提高机器人在完成挑战性农业任务时的被接受程度和灵活度。”

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