機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展的如火如荼，農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的研究也進(jìn)行得熱火朝天，然后真正大規(guī)模投入應(yīng)用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人卻依然非常少見，但可以預(yù)見的是，不久的將來，將有一大波機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭，英國哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)教授SimonBlackmore預(yù)測，20年內(nèi)，機(jī)器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

無人駕駛汽車技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步正逐漸轉(zhuǎn)移到工業(yè)和商用汽車上，大約占電動汽車市場市值的6成左右。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，未來十年，自主混合動力或全電動拖拉機(jī)、機(jī)器人和無人機(jī)的使用日益增加，將大大提高農(nóng)場的生產(chǎn)效率，改變食品的生產(chǎn)方式。

雖然農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一些技術(shù)跟無人駕駛汽車非常相似，但它在播種、采摘蔬菜或水果以及農(nóng)藥的本地化應(yīng)用等方面有不同之處，它們具有單獨(dú)的感知、操作和處理要求。

促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的因素包括提高生產(chǎn)率和效率，降低無人駕駛技術(shù)成本，降低農(nóng)業(yè)勞動力的可用性和成本提高，以及需要為全球不斷增長的人口生產(chǎn)更多的糧食，而由于氣候變化，許多地區(qū)的作物產(chǎn)量下降。

拖拉機(jī)的電動化

大約20多年前，配備GPS輔助設(shè)備的拖拉機(jī)就可以在大型農(nóng)場中根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的路線行走。目前大多數(shù)高端拖拉機(jī)都配備無人駕駛技術(shù)，并與聯(lián)合收割機(jī)兼容。利用GPS，操作員可以引導(dǎo)拖拉機(jī)及聯(lián)合收割機(jī)在規(guī)劃定位的750px之內(nèi)運(yùn)行，可以增加農(nóng)田的作物，提高每畝地的生產(chǎn)力。根據(jù)市場研究公司IDTechEx的報(bào)告，2016年，配備自動駕駛和導(dǎo)航的拖拉機(jī)共銷售30多萬臺。

領(lǐng)先的歐洲和美國農(nóng)業(yè)機(jī)械公司已經(jīng)推出了完全自主的無人駕駛和無牽引車的原型車，配備GPS導(dǎo)航轉(zhuǎn)向和傳感器，包括雷達(dá)，激光和光成像，檢測和測距(激光雷達(dá))。原始傳感器數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建室內(nèi)和室外環(huán)境的精確地形圖，而車載攝像機(jī)通過檢測和避免靜止或移動障礙物來提高安全性。自主拖拉機(jī)也可以與其他有人駕駛的機(jī)器一起工作。

許多IEC技術(shù)委員會(TC)和小組委員會(SC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作有助于提高無人駕駛拖拉機(jī)和其他自主農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用的攝像機(jī)和感測技術(shù)的性能。下面是一系列國際標(biāo)準(zhǔn)，IECTC47：半導(dǎo)體器件，IECSC47E：分立半導(dǎo)體器件，IECSC47F：微機(jī)電系統(tǒng)，使制造商能夠構(gòu)建更可靠和高效的傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，IECTC56：可靠性，涵蓋電子元件和設(shè)備的可靠性。

無人駕駛技術(shù)將使得農(nóng)機(jī)可以24小時不間斷地進(jìn)行播種、種植和耕作等工作。這樣，農(nóng)民能夠解決農(nóng)業(yè)勞動力短缺的問題，同時提高生產(chǎn)力和效率。IDTechEx指出，無人駕駛拖拉機(jī)之所以沒有大規(guī)模市場引入，主要原因在于無監(jiān)管，傳感器成本高企，以及農(nóng)民缺乏信任，而不是技術(shù)問題。

拖拉機(jī)也正在向電動過渡。美國領(lǐng)先的制造商今年早些時候推出的全電動拖拉機(jī)原型配備兩臺獨(dú)立的150kW電動機(jī)，總功率達(dá)到300kW(402馬力)。它由一個130kWh的電池組供電，充電三小時后可以運(yùn)行四小時。

在過渡到全電動拖拉機(jī)之前，有套件可以將柴油機(jī)轉(zhuǎn)換成混動機(jī)。此外，用四個電動輪馬達(dá)代替變速器，差速器和車軸的動力傳動系統(tǒng)可以精確控制驅(qū)動輪胎。

商用電動農(nóng)用車的范圍已不只是拖拉機(jī)、自走式飼料攪拌機(jī)和輪式裝載機(jī)，所有這些都具有零排放、最小噪音和平穩(wěn)的駕駛特性。

多個IEC技術(shù)委員會(TC)和小組委員會(SC)制定了電動自主車輛中無人駕駛技術(shù)使用的電子系統(tǒng)、傳感器、電機(jī)和電池的國際標(biāo)準(zhǔn)。

IECTC69：電動道路車輛和電動工業(yè)卡車，為電機(jī)和電機(jī)控制器，車載電力存儲系統(tǒng)，電源和充電器準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)。

由于許多小型農(nóng)業(yè)機(jī)器人車輛的能源通常由電池供電，TC69和IECTC21的聯(lián)系比較緊密：蓄電池和電池及其小組委員會，為所有二次電池和電池準(zhǔn)備國際標(biāo)準(zhǔn)。它們涵蓋電動汽車中使用的電池的安全安裝原理，性能，尺寸和標(biāo)簽。這些電池可以是許多不同的技術(shù)類型，包括鉛酸，鋰離子，鎳金屬氫化物和磷酸鐵鋰。

雖然電動拖拉機(jī)比電動汽車需要更大的動力，但五年后當(dāng)它們投入商業(yè)生產(chǎn)的時候，拖拉機(jī)電池的體積、持久力和成本都應(yīng)該得到改善。

據(jù)英國農(nóng)民聯(lián)盟2017年2月的報(bào)告，2020年初英國農(nóng)場將同時使用油電混合動力和電池電動拖拉機(jī)。該報(bào)告預(yù)計(jì)，在不久的將來，自主和傳統(tǒng)的機(jī)器將配合使用，電動農(nóng)用車將可以用太陽能充電，也能接入電力系統(tǒng)充電。

小型農(nóng)業(yè)機(jī)器人讓精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為現(xiàn)實(shí)

英國哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)工程主管，國家精細(xì)農(nóng)業(yè)中心主任(NCPF)SimonBlackmore教授表示，大型拖拉機(jī)在大型農(nóng)場里效率更高，而小型電動移動機(jī)器人為中小型農(nóng)場提高生產(chǎn)率帶來了更大可能。他預(yù)測，“20年內(nèi)，機(jī)器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。”

農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能完成播種、種植、耕作、采摘、收割、除草、分選以及包裝等工作，甚至還用于修剪葡萄藤。部分草莓采摘機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)試用階段，蘋果采摘機(jī)器人也已進(jìn)入原型的后期階段。

這些輕型農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以部分晝夜、不論天氣好壞連續(xù)工作。他們還可以收集和傳送關(guān)于田間和作物狀況，發(fā)現(xiàn)疾病或寄生蟲和噴灑農(nóng)藥的實(shí)時數(shù)據(jù)。

通常，農(nóng)業(yè)機(jī)器人都是基于某種形式的機(jī)器人拖拉機(jī)平臺，輪式或帶式驅(qū)動，還有許多由電池，電動機(jī)和傳動系統(tǒng)驅(qū)動。

根據(jù)機(jī)器人的功能，機(jī)載傳感器包括生物(包括化學(xué)和氣體分析儀)、水、氣象、土壤呼吸或水分、光合作用或葉面積指數(shù)(LAI)傳感器，以及雜草探測器、植物生長測量儀和濕度計(jì)。其他組件還包括攝像機(jī)、無線通信、機(jī)器人手臂、夜間照明燈、為電池充電的太陽能電池板。

機(jī)器人技術(shù)的興起，加上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，意味著許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會發(fā)生根本性變化。據(jù)IDTechEx2016年報(bào)告，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，“農(nóng)場數(shù)據(jù)圖與機(jī)載GPS一起實(shí)現(xiàn)了可變速率農(nóng)業(yè)技術(shù)，使得農(nóng)民可以根據(jù)具體場所/補(bǔ)丁的需求(而不是整個農(nóng)場)改變投入應(yīng)用率”。

舉個栗子，傳感器可以檢測雜草或者其他需求，機(jī)器人可以只噴灑特定區(qū)域，而不需要覆蓋所有植物。2017年底前，日本京都的一家公司將建成首個完全由機(jī)器人運(yùn)營的農(nóng)場，每天生產(chǎn)3萬棵生菜。機(jī)器人將參與從提供生菜苗，修剪和澆水到收獲和將完全種植的產(chǎn)品運(yùn)送到包裝生產(chǎn)線的每個增長階段。該公司估計(jì)，使用機(jī)器人將降低運(yùn)營成本約30%。

未來，小型拖拉機(jī)和機(jī)器人可以通過云計(jì)算方式在“群眾”中共同工作，并提供多種服務(wù)，從除草，種植和施肥到采收和包裝食品。

由歐盟(EU)資助的移動農(nóng)業(yè)機(jī)器人集群(MARS)項(xiàng)目正在開發(fā)大量能夠自行種田的小型自主機(jī)器人。這些機(jī)器人是電動驅(qū)動的電池供電，并通過基于云的數(shù)字技術(shù)控制。每個種子的精確位置可以被記錄下來并保存在云中，以后使用這些數(shù)據(jù)可以非常精確地進(jìn)行耕作或除草。

使用小型移動農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以有效減少對土壤的重壓，并可以減少使用高能耗的重型機(jī)械。

IEC標(biāo)準(zhǔn)支持?jǐn)?shù)十億美元的行業(yè)

IDTechEx在2016年9月份的報(bào)道中說，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的市場容量已經(jīng)達(dá)30億美元，2026年將增長到120億美元。報(bào)告補(bǔ)充說：“拖拉機(jī)牽引機(jī)器人和自主除草機(jī)器人將在增長中發(fā)揮重要作用”。

今年早些時候，都柏林的研究與市場公司預(yù)測，未來十年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的銷售額將會更大，全球市場將以復(fù)合年均增長率(CAGR)11.9%的速度增長，到2025年，將達(dá)到286億美元。

多個IEC技術(shù)委員會(TC)和小組委員會(SC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作將支持這個數(shù)十億美元的行業(yè)快速增長，其中歐洲、北美、澳大利亞和新西蘭將是這些技術(shù)最大的采用者。