参观者在农高会参观一款采摘机器人
农业是人类一切生产活动与社会活动的基础和根本，也是支撑我国国民经济建设和发展的重要支柱。
党的二十大报告指出，我国要加快建设农业强国，推进农业农村现代化。随着城镇化和人口老龄化的加快，农村劳动力短缺的问题日益突出，导致人工作业成本不断攀升。
在农业生产中，农业机器人的应用在提高农业生产效率、降低生产成本、实现农业农村现代化中起到了重要作用。同时，作为农业强国的重要推动力，农业机器人的发展会在一定程度上影响国家农业政策的制定。
农业机器人概述
{农业机器人的定义和作用}
农业机器人是指用于农业领域的特种机器人，它是以农产品为操作对象，兼有人类部分信息感知功能和四肢行动功能，可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。
农业机器人的出现是现代机器技术发展的结果，是机器视觉、机器学习、人工智能等技术发展的自动化和智能化的产物。
农业机器人可以应用在众多领域，实现包括操作、控制等在内的多种功能，降低人们的劳动强度，解决劳动力不足等问题，提高作业质量和农业生产效率，降低生产成本，减少化学农药、化肥等的使用对人体的潜在伤害。
近年来，农业机器人在技术和应用方面取得了显著进展，可以在众多农业活动中替代人工，如对作物进行自动灌溉、害虫及杂草控制。农业机器人的广泛使用，将会减少对人工劳动力的依赖，在很大程度上改变传统的农业劳动方式，为农业可持续发展提供支持，促进农业从传统向现代过渡，为农业发展和社会进步作出贡献。
{ 农业机器人的特点 }
(1)设备自动性和智能性
农业机器人通过应用先进的自主导航和定位系统、最优路径规划技术、传感器技术、决策制定能力等技术，实现自主执行任务，且无须持续的人工干预。
同时，农业机器人通过图像处理技术、机器视觉、控制系统、人工智能等技术，获得了处理和分析信息的能力，并且可以根据数据做出准确的决策。这些技术的应用有助于提高农业生产效率和农产品质量，降低生产成本。
(2)工作环境复杂性和非结构性
由于农业生产环境的复杂性、作物的多样性以及气象条件的不确定性，农业机器人无法拥有单一的、固定的工作环境。
此外，由于不同农作物生长环境的差异，农业机器人的工作环境并不是一个完整的结构体系，这意味着农业机器人无法通过传统的结构化编程来适应不同农作物的多样性工作环境。因此，农业机器人必须具备强大的自主导航、感知、决策和适应能力，以适应复杂和非结构性的工作环境。
(3)作用对象的柔嫩性和复杂性
由于作用对象的柔嫩性、易损性、种类的丰富性以及形状的多样性，农业机器人在执行任务时必须格外注意保护作物，同时必须具备适应和处理这些复杂的作物和环境的能力。
(4)使用对象的特殊性和价格的制约性
在大部分情况下，农业机器人的最终用户是农民，通常他们的机械电子技术水平有限，并且对新技术的接受度存在一定限制。
因此，农业机器人的设计应注重简单和可靠的操作性，避免过于复杂的操控。考虑到农业生产的整体利润较低，因此农业机器人的价格应当在大部分农民能够接受的范围内，过高的定价反而不利于农业机器人的应用与普及。
农业机器人发展现状
{国外发展现状}
由于国外发达国家在第一次工业革命和第二次工业革命中起步较早，因此，其工业技术和机械化领域具有显著的先发优势。这种技术先进性推动了对机械化和自动化的早期研究，包括对农业机器人的研究。
在20世纪中期，国外发达国家逐渐认识到农业机器人在农业领域的巨大潜力和价值，开始大力投入资金和招募科研人员，根据自身国家农业发展需求进行农业机器人的研发。
随着时间的推移，农业机器人在国外发达国家的农业领域取得了显著的成效和一定的应用规模。
目前，在农业机器人理论、技术以及应用方面处于领先的国家有美国、日本、荷兰等，中国、英国以及西班牙等国家也在农业机器人的研究领域取得了较为显著的成果。
美国作为全球农业最发达、技术最先进的国家之一，其农业机械化和智能化发展水平也在全球名列前茅。早在20世纪50年代，美国就开始了对农业机器人的研究。
如今，美国的农业机器人已经实现了高度自主化和智能化的结合，包括多用途自动化联合收割机器人、园丁机器人、无人驾驶拖拉机以及果实分拣机器人等多种农业机器人，这些农业机器人可以提高农业生产效率和农产品的质量、降低生产成本、减少对环境的影响以及解决劳动力不足的问题。
其中，美国新荷兰农业机械公司研发的多用途自动化联合收割机器人，是最具代表性的农业机器人之一。该机器人通过结合计算机视觉、全局定位系统以及自主导航系统等多种技术，实现了全自动收获作物和完成其他农业任务，并且能够适应不同的收获需求和不同的作物类型。
日本作为全球最早开始研发农业机器人的国家之一，不仅在理论、技术与应用方面都位居世界前列，而且近年来取得了显著发展。日本已经研发出了多款智能化农业机器人，包括自动采摘机器人、割草机器人以及收割机器人等。其中，由日本开发的草莓采摘机器人具有一定的代表性，其能够利用图像识别技术智能判断草莓的成熟程度。受自然地理资源的限制，日本耕地面积较少，这促使其农业机器人的研究重点更加注重提高农业资源的利用率。
除了美国和日本外，荷兰、英国以及西班牙等国家也在农业机器人领域取得了显著成就。例如，荷兰发明的自动挤奶机器人使用机器视觉和传感器来检测奶牛，能够识别奶牛乳房位置，自动进行挤奶，而无须农民手动干预。这提高了牧场的生产效率，降低了劳动成本，同时改善了奶牛的生活条件。
英国研发的一款名为“Tom”的谷物收割机器人，通过机器视觉和GPS技术来识别谷物的成熟程度，从而进行精确的收割。西班牙开发的葡萄藤机器人，通过机器视觉和图像处理技术来提高葡萄藤管理的效率，特别是葡萄藤的修剪过程。这有助于提高生产效率和生产质量，减轻了葡萄园工人的劳动强度。
{国内发展现状}
与一些发达国家相比，由于我国在第一次工业革命和第二次工业革命中受到的影响相对较小，导致我国在20世纪90年代中期才开始研发农业机器人。因此，我国农业机器人研究与开发仍然处于起步阶段。
由于市场开发不足、研发成本高以及技术成熟度不够，我国农业机器人的发展速度相对缓慢，大部分农业机器人的研发工作还停滞在实验室阶段。近年来，我国已经认识到农业机械化发展的重要性，政府已出台一系列政策措施，旨在推动农业机械化、自动化和智能化发展。
目前，我国已经成功研发并在一定规模上应用了各种类型的机器人，包括除草机器人、施肥机器人、全自动收获机器人、耕耘机器人、蔬菜嫁接机器人、蔬菜采摘机器人以及植保无人机等。
其中，大疆公司研发的多旋翼飞行器(如Matrice100和Matrice600)等最具代表性。这些飞行器利用先进的遥感技术、图像处理和自动化控制技术，用于实现农作物的管理和保护。
同时，它们能够监测土地健康状况、管理水资源，实现精确的农药和化肥施用，从而有助于减少对化学品的使用，减少环境污染，提高生产效率。例如，江苏大学团队研制的番茄采摘机器人，利用传感器、机器视觉等技术，实现了对番茄的高效采摘，并且对形状大小相近的柑橘、苹果等也具有一定的通用性。
中国农业大学团队研发的农业采摘机器人，利用机器视觉、自主导航以及传感器等技术，并搭载双目视觉系统，实现了高效率、高质量地采摘果实，同时减少了对人工劳动力的需求。
问题及展望
近年来，我国在农业机器人领域取得了一定的成就，农业机器人的应用也逐渐广泛。
然而，由于受到农业机器人研发、制造和使用成本较高，农业机器人自动化和智能化程度较低，农业机器人机械化规模不足的制约，我国农业机器人的普及程度仍较低。
{研发、制造和使用成本较高}
目前，市面上的农业机器人通常是根据特定的农业任务和环境需求进行定制的，这导致了农业机器人的利用率相对较低，从而间接地增加了研发、制造和使用成本。
例如，蔬菜采摘机器人可能专门设计用于采摘特定品种的经济作物，比如黄瓜和土豆。如果一台机器人只能用于一种作物，那么其适用范围和使用频率都会受到限制。考虑到农业机器人的主要用户是农民，市场需求起着关键作用，只有当农业机器人性价比足够高且综合使用成本低于人力作业成本时，农业机器人才能实现普及。
{自动化和智能化程度较低}
随着科技水平的飞速发展，农业生产方式正在逐渐从传统的机械化模式向更自动化和智能化的方向转变，这意味着农业机器人需要具备更强的自主决策、感知、控制以及执行能力。
尽管我国在农业机器人领域已经积累了相对丰富的理论知识，但技术方面仍存在挑战。许多机器人目前仍需要一定程度的人工干预，例如农业机械手臂在执行任务时，通常需要人工监控以确保其准确性，这限制了农业机器人在农业领域的广泛应用。总之，农业机器人的自动程度和智能程度有待进一步提高。
{机械化规模不足}
尽管我国农业机器人已经在一定程度上得到应用，政府也出台了一系列政策措施以推动农村现代化的发展，但仍存在一些限制因素。这包括农业机器人市场尚未充分开发，其市场覆盖范围有限。
农业机器人在不同品种的农作物和地区的适用性方面存在一定局限性。此外，农业机器人的研发、制造和使用成本较高，而且一些地区仍然依赖传统的农业生产方式，对于机器人的接受度相对较低。
这些因素共同影响了农业机器人在农业领域的机械化规模扩大。为进一步推广和普及农业机器人，我们应着重从以下三个方面入手。
(1)零部件标准化和模块化
零部件标准化意味着采用标准化的零部件和接口，使不同制造商的农业机器人能够共享相同的组件。
零部件模块化则是将机器人的主要工作部件进行模块化设计，使其可以直接通过更换部件来适应不同的农业场景和不同品种作物，无须重新购置适用于不同作物的相同类型的农业机器人。
例如，美国开发了一款精准喷洒农药的农业机器人，将视觉、控制、农药喷洒以及数据记录与分析功能进行模块化设计，可以很好地适应不同的农场环境和不同作物类型。这种方法显著提高了农业机器人的使用频率和效率，同时降低了研发和生产农业机器人的成本。
(2)农学技术和机器人技术相结合
在农业机器人领域，技术研究的成功关键不仅在于将机器学习和人工智能高度结合，还在于充分利用自动导航系统、传感器、遥感技术等，以增强农业机器人的灵活性。
然而，更为根本的是将农学技术和机器人技术有机结合，使这两个领域互相促进和共同发展。
例如，美国开发了一款垂直农场机器人，这一创新的系统基于农学知识，能够模拟和控制光照、温度、湿度以及其他生长因素，从而创造出最适宜的种植条件，同时减少了人工干预。通过将农学技术和机器人技术相结合，可以逐步提高农业机器人的自主化和智能化程度，最终实现完全不用人工干预，使机器人更适应不同农业任务和环境。
(3)扩大农业机器人市场
尽管在农业机器人领域已经取得了显著的成果，但农业机器人市场的普及和应用仍有待加强。
从美国不断扩大的农业机器人市场中我们可以总结出：政府应出台更多有助于推动农业机器人发展的政策；科研机构和企业应加强对农业机器人技术的研究和创新；政府、科研机构和企业等应合力加强对农业机器人技术的宣传和教育，提高农民和农业从业者对农业机器人技术的认知度和接受度。通过这些方法，可以有效扩大农业机器人的市场，从而解决农业机器人机械化规模不足的问题。
总结
随着科技的飞速发展，我们正见证着农业生产模式逐步从传统化迈向现代化和规模化。
在这个过程中，农业机器人将发挥更加重要的作用，成为实现农业现代化的关键推动力，得到广泛推广及应用。
尽管我国农业机器人目前仍处于起步阶段，但这也是我们减小与其他发达国家在技术领域差距的关键时期。我们需要更多相关政策的支持，以吸引更多人才投身于农业机器人领域的研究，从而推进农业机器人进一步发展。
作者：汤子杰1 邹进2（邹进为本文通讯作者）
作者单位：1北京工商大学计算机与人工智能学院；2和田师范专科学校理学院
