未来发展趋势及对中国的启发

文章来源:聚英云农 发布时间: 2022-09-14 09:44:09
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20世纪90年代,日本采收机器人的研发迎来了第一波高峰,强调采收机器人的工作环境术的结合,收获机器人的工作环境更加简单,减少了不必要的干扰。近年来,研发重点关注研究机构和企业之间的合作,但许多收获机器人的成果并没有成功商业化。尽管有农业协会、政府补贴、银行低息贷款等辅助措施,但农民购买和使用收获机器人的意愿仍然相对较低。随着田间无人农场的应用,设施农业无人农场已成为一个重要的研发方向。纵观日本设施农业收获机器人的发展,对中国相关科研和产业发展的启发如下。

40多年后,日本开发了各种典型水果和蔬菜的农业收获机器人。典型收获机器人在设计和开发过程中遇到的科学问题及其解决方案主要集中在以下两个方面。

(1)水果和蔬菜的识别。由于视觉系统需要判断收获点,但茎、叶和非目标水果和蔬菜会干扰收获目标的收获和切割点。目前的解决方案是坡架种植模式,即通过农业机械和农业技术的结合来简化收获机器人的工作环境。目前,限制收获成功率的主要因素是水果和蔬菜的重叠。以草莓收获机器人为例,农业机械和农业艺术的结合可以通过疏花和水果,或者通过化学药物控制茎的长度,使成熟草莓与未成熟草莓在垂直空间中分离。在视觉算法方面,草莓可以通过深度卷积神经网络识别,也可以通过深度卷积神经网络识别RGBD相机提供的点云图等技术重建果蔬空间信息,正确判断采收切割点。

AGRIST 所开发的采收机器人L
 

(2)终端执行机构。在果蔬收获过程中,终端执行机构的刚性部件可能会损害果蔬脆弱的表皮。因此,终端执行机构的设计需要考虑特定果蔬的形状和重量参数,并在考虑通用性的基础上设计灵活的终端执行机构。目前,解决这个问题的方法有很多。除了上述番茄收获机器人使用的终端执行机构外,还可以使用软件机械手、压力传感器、仿生技术设计仿生机械手等。

日本设施农业收获机器人的发展,对中国智慧农业的启发和研究

(1)加强政府支持,建设标准化温室和收集机器人运行示范温室。建立健全收集机器人等设施农业智能设备的财政补贴,将收集机器人纳入农业机械采购补贴。鼓励银行为设施农业智能设备提供低息贷款。日本相对标准化的设施农业面积为50个m×10m,通过在垄间设置轨道,不同的智能设备可以在轨道上行走和工作。标准化温室的建立可以使开发的收获机器人在不同的温室之间工作,标准化温室有助于降低成本。在标准化温室的基础上,建立收集机器人示范项目,通过将研发机器人引入实际温室运行条件,提高收集机器人的性能,促进收集机器人的发展。

标准化温室和收集机器人运行示范温室
 

(2)对科学问题的关键技术进行科学研究。根据我国设施农业发展现状,制定设施农业采收机器人发展规划,确定主要方向和科研重点,坚持农业机械与农业技术相结合,鼓励企业与科研机构共同申报科技研究,促进产业化发展。促进温室定位导航系统的发展“室内GPS”作为标准化温室的基础设施之一。科研人员可以将先进的理念和技术与企业的产品化技术相结合,推出符合农民需求的设施农业采收设备。在资金支持、科技成果转化和知识产权保护等方面给予科研人员相应的支持。

下一波农业革命(自动采收机器人、人工智能)可以说是已经蓄势待发
 

(3)加强人才培养。优化人才培养机制,促进设施农业智能设备研发等相关人才的培养和储备,促进多学科交叉复合人才的发展和建设“设施农业工程”学科小组及相关综合实验室。建立国际交流平台,促进不同国家智能收集设备研究人员的交流。通过模拟场景和实际温室作业,举办收集机器人竞赛,促进学生对农业机器人的兴趣。

(4)创新销售模式,鼓励合作社的发展。鼓励企业租赁采购,根据果蔬收货量确定机器人收费,降低机器人一次性投资成本。促进合作社发展,鼓励合作社利用设施农业采收机器人,提高运行效率,节约劳动力成本。

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