農(nóng)業(yè)機(jī)器人的春天來了嗎?
非結(jié)構(gòu)性環(huán)境的挑戰(zhàn)
春天的到來都要經(jīng)歷寒冬的考驗(yàn)。對于農(nóng)業(yè)機(jī)器人來說,這場寒冬就是機(jī)器人研發(fā)使用過程中的一個(gè)個(gè)科研難題。
和其它機(jī)器人一樣,農(nóng)業(yè)機(jī)器人由三個(gè)重要部分組成:類似人類五官的視覺、觸覺、聽覺、味覺等,能夠感知、獲得信息的傳感器和系統(tǒng);能夠解析任務(wù),識別、判斷環(huán)境,制訂行動(dòng)計(jì)劃的芯片,功能類似大腦;具有的執(zhí)行能力的機(jī)構(gòu)??蒲须y題就隱藏在這其中。
李偉表示,整體看,我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人與國際研究水平相當(dāng),部分技術(shù)處于領(lǐng)跑水平,比如自然環(huán)境下機(jī)器人的伺服控制等。也有一些技術(shù)處于落后狀態(tài),比如涉及作物信息、動(dòng)植物生理、生態(tài)感知的傳感器件等。
她強(qiáng)調(diào),其中臨的一個(gè)共性難題是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下如何有效獲取信息。“不同于工業(yè)環(huán)境的流水線生產(chǎn),農(nóng)業(yè)機(jī)器人面臨的工作環(huán)境非常‘多變’,果實(shí)形態(tài)多樣、農(nóng)業(yè)環(huán)境中復(fù)雜的光照條件、植株的復(fù)雜布局等,都會(huì)對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的判斷和執(zhí)行造成干擾。”
她舉例說,黃瓜采收機(jī)器人在摘黃瓜的過程中,首先得找到目標(biāo)。但是每個(gè)黃瓜長得都不完全一樣,并且還有枝葉的遮擋,機(jī)器人找到黃瓜、定位、伸手、采摘的過程不順暢,這大大影響了機(jī)器人采摘過程的速度。
日前,李偉研究團(tuán)隊(duì)取得突破性進(jìn)展,研發(fā)出非結(jié)構(gòu)環(huán)境智能雙目視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在農(nóng)田、果園等自然環(huán)境下,識別光照、時(shí)空,動(dòng)態(tài)采集,高速實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)已經(jīng)在采摘機(jī)器人、除草機(jī)器人、割膠機(jī)器人等農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面展開實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證。
以大田作業(yè)為切入口
事實(shí)上,農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)展開。魏新華介紹,目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人的推廣,主要集中在大田作業(yè)中自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)、農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)等的應(yīng)用。大田無人農(nóng)機(jī)已經(jīng)能夠替代人工,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、工作環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)決策以及其它具體操作。
除了解放人力,無人農(nóng)機(jī)還有何優(yōu)勢?魏新華表示,無人農(nóng)機(jī)采用按需精準(zhǔn)變量作業(yè),提高化肥農(nóng)藥的利用率。另外,無人農(nóng)機(jī)搭載的作業(yè)環(huán)境現(xiàn)場感知技術(shù),可以根據(jù)土壤、環(huán)境和作業(yè)對象的實(shí)時(shí)情況,以及機(jī)器的作業(yè)狀態(tài),讓機(jī)器始終處于接近滿負(fù)荷的作業(yè)狀態(tài),提高作業(yè)效率,保證作業(yè)質(zhì)量。最重要的是,無人農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中還實(shí)現(xiàn)了信息收集和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)。
“未來的農(nóng)場很可能是無人農(nóng)場,農(nóng)業(yè)機(jī)器人編組后,互相聯(lián)系,協(xié)同作業(yè)。”魏新華預(yù)言。
但在趙春江看來,我國對機(jī)器人的研究整體比較弱,前期的創(chuàng)新研究積累不夠,將導(dǎo)致后期產(chǎn)業(yè)化“底氣”不足,無人農(nóng)場終究是紙上談兵。
魏新華說:“農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研制是不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。”他舉例,此前,無人農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中農(nóng)田邊界的識別是困擾研究人員的難題。無人農(nóng)機(jī)無法識別農(nóng)田邊界,作業(yè)之前需要人工駕駛無人農(nóng)機(jī)獲取田塊的四個(gè)頂點(diǎn),非常耗時(shí)。
雖然能夠自動(dòng)識別邊界和固定障礙物的系統(tǒng)嘗試解決這一難題,但是實(shí)際作業(yè)過程中又發(fā)現(xiàn)了新問題。該系統(tǒng)的田頭作業(yè)不盡如人意,尤其是在不規(guī)則田塊中作業(yè)存在比較大的難度。調(diào)試好的無人農(nóng)機(jī)在移到另一區(qū)域作業(yè)時(shí),也暴露出土壤及地表狀況適應(yīng)性差的問題。
此外,面對播種或插秧直線度差的田塊,如果農(nóng)業(yè)機(jī)器人在田間管理時(shí)仍按照北斗導(dǎo)航規(guī)定的直線路作業(yè),就會(huì)增加軋苗率。魏新華建議,進(jìn)行多導(dǎo)航信息融合,即把北斗導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航信息融合。“未來,我國的植保將是以地面機(jī)械為主導(dǎo)、農(nóng)業(yè)航空為體系的立體的植保防控體系,要對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的未來有信心。”
趙春江表示,機(jī)器人學(xué)是一門交叉學(xué)科,涉及到人工智能、材料、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。目前機(jī)器人的研究隊(duì)伍偏小,不利于快速推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展。做好農(nóng)業(yè)機(jī)器人,必須鼓勵(lì)和支持多學(xué)科交叉研究。
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