2024农业机器人现状与展望报告

农业机器人现状与展望

一、农业机器人产业需求背景

社会原因

• 劳动力问题：西方劳动力严重缺乏、不稳定且成本高昂（挪威采摘工约120元/时，英国采摘工约80元/时），季节性采摘工来源不稳定（如Covid-19期间），严重影响生产。
• 农业生产效率需求：联合国粮农组织测算，到2050年全球需增加60%的食物生产，要求农民在相同土地上更精确、高效地生产食物，并减少环境影响。
• 中国农业劳动力问题：2017年中国农业劳动力平均年龄为53.3岁，55岁及以上占比从1996年的12.7%上升到2016年的33.6%（增幅165%），城镇化进程下加速减少（“十三五”时期平均每年减少约1300万人）。

二、典型农业机器人与关键技术

3.1 巡检、作物表型、放牧机器人

• 巡检机器人：主要技术包括作物识别与跟踪、三维重建、结构分析。
• 作物表型机器人：主要技术包括大田卫星导航、基于激光雷达或视觉的即时定位与地图构建（SLAM）、多源传感器融合、路径规划与循迹导航。
• 放牧机器人：主要技术包括模块化轻量化设计、高机动性设计（原地转弯）、高抗震性设计、姿态控制。

3.2 对靶施药、施肥机器人

• 主要技术：目标识别、目标跟踪、大小预测、喷嘴设计动态补偿、雾化控制。

3.3 精准除草机器人

• 主要技术：机械臂控制、路径规划、动态补偿（机器人移动、目标动）、末端执行器设计、机械臂设计、机电一体化、目标识别、目标跟踪、形状补偿。

3.4 剪枝机器人

• 主要技术：视觉伺服、路径规划、技能传递、动态补偿（机器大移动、目标动）、点云配准、多传感融合、虚拟现实、数字孪生。

3.5 果蔬采摘机器人

• 主要技术：视觉伺服、路径规划、动态补偿、机械臂控制、柔性折断式机械手、多源视觉感知融合。

3.6 团队正在研发的果蔬采摘机器人

• 特点：完全独立产权、纯自主研发，混联机械臂操作空间大、能折叠越障、能在移动时保持末端姿态不变，柔性折断式机械手损伤低、容错高，视觉-激光雷达融合导航温室环境下精度高，换电系统电池热插拔保证不间断作业。

三、农业机器人发展展望

1. 已经产业化的农业机器人

• 农业机器人移动平台：Thorvald—Saga Robotics（挪威）、Ted, Dino, Oz — Naio Technologies（法国）、BoniRob — BOSCH（德国）、Amiga — Farm-NG（美国）。
• 对靶施药机器人：Ara — Ecorobotix（瑞士）、Qii-Jet — Bogaerts（比利时）、Solix — Solinftec（美国）。
• UV-C病虫害防控机器人：Thorvald—Saga Robotics（挪威）。

2. 接近产业化的农业机器人

• 精准除草机器人：Blue River Technology（美国）、Carbon Robotics（美国）、Ecorobotix（瑞士）、Nexus（加拿大）。
• 果园运输机器人：Buro（美国）。
• 棉花打顶机器人：维尔科技（中国）。

3. 离产业化还有较大距离的农业机器人

• 果疏采摘机器人：草莓（Agrobot（西班牙）、DogTooth（英国）、Octinion（比利时）、Advanced Fams（美国）、Tortuga AgTech）、苹果（Tevel（以色列）、Advanced Farms（美国）、FFR Robotics（以色列）、Ripe Robotics（澳大利亚））、西红柿（Root AI（以色列）、MetoMotion（以色列）、中科原动力（中国））、猕猴桃（RoboticsPlus（新西兰））、青椒（Agrist（日本））。
• 剪枝机器人：Priva（荷兰）。

2. 存在的问题

• 复杂环境下感知不精准。
• 动态环境下手-眼-脚-脑协调难。
• 末端执行器操作不灵巧。
• 效率问题：感知算法、规划算法、控制算法、机械臂性能制约。
• 持续作业难。
• 智能程度低适应性差。
• 成本高。

3. 发展趋势

• 短期（未来3-5年）：专用农业机器人逐步进入农场。
• 长期（未来5-20年）：
  • 通用农业机器人（一机多用）。
  • 多机协同。
  • 边-端-云协同。

4. 农业机器人技术创新

• 自主、智能、共融、协作是未来机器人发展趋势。
• 新技术引入：随着农业机器人的兴起，越来越多的新技术将被引入。
• 智能农业机器人系统关键技术：Agribot key technology。