农业机器人面临的挑战

近年来，机器人技术在工业和服务业领域取得了显著成就，其中，工业机器人的全球装机量达到360万台，而农业机器人的数量尚不足50万台。这背后的原因是什么？

为什么要大力发展农业机器人？中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江在2024世界机器人大会上表示，我国人力资源短缺、农业场景复杂、科技进步推动等因素决定了农业机器人具有广阔的应用前景。第一，人力资源短缺。随着我国农业从业人员数量的减少，农业生产面临人力不足的问题。第二，农业场景复杂。农业生产环境艰苦，依靠人力难以满足日益增长的食物需求。第三，科技进步推动。智能社会时代，人工智能技术的发展为农业带来新希望，必将推动农业机器人加速发展。

农业机器人作为一种特种机器人，与工业机器人在技术上有较大区别。赵春江表示，农业机器人的发展仍面临诸多挑战。主要表现在如下四个方面。

第一，复杂环境下的感知不精准。农业场景的光照条件、遮挡、纹理、颜色变化等因素，使得机器人在非结构化环境中的感知能力受限。第二，动态环境下的协调困难。机器人在执行任务时，手、眼、脚、脑的协调难度较大，尤其是在复杂环境下。第三，末端执行器操作不灵巧。设计灵活的机械手成为农业机器人发展的核心问题。第四，效率问题。机器人从识别定位到执行任务，过程耗时较长。如何提高效率，实现多臂协调作业，是亟待解决的问题。

农业机器人应用需要解决哪些核心关键技术？

“农业机器人主要由感知、决策和执行三部分组成。目前，全球已研发出多种农业机器人，如种植、除草、施肥、采摘等。我国在无人农场方面也取得了显著成果，推动了农业现代化进程。”赵春江说。

农业机器人分几类？每一类的农业机器人需要解决哪些核心关键技术，才能推动农业机器人大范围应用？赵春江认为，农业机器人分巡检机器人、施药施肥机器人、除草机器人、剪枝机器人，采摘机器人五类。每一类的农业机器人都需要解决相应的技术问题。第一，巡检机器人，涉及导航、定位、目标识别、多数据融合等技术。第二，施药施肥机器人，需要解决目标识别、跟踪、控制、操作机构设计、路径规划等问题。第三，除草机器人。需要机器人识别苗与草，掌握行间与柱间除草技术。第四，剪枝机器人，需要点云配准、多传感器、虚拟现实、数字孪生技术等技术的支持。第五，采摘机器人需要适应复杂结构、非结构化环境，实现精准采摘。

农业机器人发展展望

在赵春江看来，未来3—5年，专用农业机器人有望实现商业化应用，技术突破将解决复杂环境下的感知、协调等问题；未来5—20年，通用农业机器人将实现一机多用，多机协调作业，云边端将成为作业系统。

“未来，我们将加强农业机器人的创新，紧跟国际发展趋势，实现自主、智能、共融、协作的目标。农业机器人技术的发展将涉及智能感知、决策控制、灵巧执行和自主移动等多个方面，最终集成一个高效的作业系统。” 赵春江总结说。