2025-02-18-中国工程院-农业机器人现状与展望_70页_7mb

农业机器人现状与展望总结

一、农业机器人产业需求背景

• 社会原因：以草莓采摘为例：
  • 当前草莓采摘高度依赖人工，西方劳动力缺乏、不稳定且成本高昂。
  • 西欧劳动力主要来自东欧国家，Covid 19期间更不稳定。
  • 示例：挪威采摘工约120元/时，英国约80元/时。
  • 增加生产生活影响，可能导致“无人耕种、天价食品”的困境。
• 农业生产效率需求：
  • 2050年需增加60%食物生产，满足93亿人口需求。
  • 智慧农业技术如机器人能精确输入物，提高产量与质量，减少资源浪费。
• 农业劳动力短缺：
  • 全球农业劳动力占比下降，中国从1991年的44%降至2021年的26%。
  • “十三五”时期年均减少约1300万人，农业劳动力老龄化严重（平均年龄53.3岁，55岁以上占比超33.6%）。

二、典型农业机器人与关键技术

• 巡检、作物表型、放牧机器人：
  • 关键技术包括移动平台、机器人导航、作物表型分析、路径规划。
• 对靶施药、施肥机器人：
  • 技术涵盖目标识别、雾化控制、路径规划。
• 精准除草机器人：
  • 主要技术涉及目标识别、机械臂控制、动态补偿。
• 剪枝机器人：
  • 关键技术包括点云配准、多传感融合、路径规划、动态补偿。
• 果蔬采摘机器人：
  • 覆盖草莓、西红柿、苹果等多种水果，如Agrobot公司草莓机器人、MetoMotion公司西红柿机器人。
• 团队研发机器人：
  • 示例：番茄串采和草莓采摘机器人，特点包括混联机械臂、柔性执行器、换电系统。

三、农业机器人发展展望

• 全球产业化现状：
  • 已产业化机器人：如Thorvald采摘_robot、Ara喷药机器人。
  • 接近或待产业化：精准除草、果园运输、采摘机器人。
  • 障碍：工厂化流水线上的技术转移难，部分机器人研发涉及半导体等。
• 存在的问题：
  • 感知不精准：杂光环境导致问题。
  • 动态协调难：手-眼-脚-脑系统延迟。
  • 末端执行器不灵巧：如草莓采摘抓取难，果柄缠绕。
  • 效率与持续作业：长时间作业难，依赖固定设置，适应性差。
  • 成本高：专用机器人价格高达几十万，核心部件国产化不足。
• 长期发展趋势：
  • 短期（3-5年）：专用机器人进入农场，核心部件国产化，病虫害防控推广。
  • 长期（5-20年）：通用农业机器人“一机多用”；多机协同与边-端-云协同。
• 技术创新：
  • 趋势：自主、智能、共融协作；新技术如大模型、云计算赋能农业机器人系统。