农机一响，种地不慌。智能设备的应用，帮助农民一改“面朝黄土背朝天”的生产模式，有效推动农业现代化的快速发展。但农业生产场景的复杂多变，给智能化、无人化生产应用带来了巨大挑战，无形中提高了农业机器人的应用门槛。

    草莓采摘机器人和路轨两用喷雾机器人年底将首试首用

    2024年世界机器人大会上，中国工程院院士、海淀区农业农村局和北京市农林科学院赵春江、熊亚研究员团队及林森副研究员团队合作自主研发的草莓采摘机器人关键部件和路轨两用设施园艺作业喷雾机器人亮相。

    据了解，机器人采摘草莓可以节省劳动力80%以上，每亩成本节省6000元。喷雾机器人的使用可节约劳动力85%以上，以1公顷大型连栋温室小番茄种植为例，使用喷雾机器人一年可节省人力成本约5.08万元。今年年底，草莓采摘机器人和路轨两用喷雾机器人将在海淀农业场景中首试首用。

    低损采摘和精准感知等是草莓采摘机器人研发时需要重点攻关的难题。采摘机器人混联机械臂“灵展1号”可以完成“劈叉”和“弯腰”两个动作，能够灵活躲避农业环境中的各种障碍物。机器人移动平台采用四转四驱设计，实现了原地转向、斜向行走以及精准速度控制等多项功能，方便调节轮距和轴距，可以适应不同作业需求。

    喷雾机器人采用路轨两用通用底盘和多传感器融合的导航定位技术，解决了超大型玻璃温室面积大、几何结构相似、路轨两种路面、定位精度要求高等问题，实现了喷雾机器人在大型连栋温室中自主换轨连续作业，上下轨道成功率大于99%。

    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。例如，在摘苹果过程中，机械手需具备仿行柔性，以适应不同大小和形状的果实。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。