農業機器人：未來農業生產的主力軍

摘要：科技的持續發展推動了農業機器人在現代農業中的崛起，使其有望成為未來農業生產的主力軍。文章闡述了農業機器人在種植、養殖、收獲等環節的應用，指出了其在提高生產效率、降低勞動強度、保障農產品質量等方面的優勢，同時探討了其面臨的技術瓶頸及成本高、適應性不足等挑戰，提出了推動農業機器人發展的策略建議，包括加強技術研發、完善政策支持、促進產學研合作等，以期為農業機器人的發展提供參考，助力農業現代化進程。

關鍵詞：農業機器人；農業生產；農業現代化

農業是國民經濟的根基產業，其發展狀況不僅關乎國家糧食安全，更是社會穩定的堅實保障。在全球人口持續增長的背景下，城市化進程不斷加快，大量農村勞動力涌入城市，導致農業勞動力短缺問題日益突出。與此同時，消費者對農產品的質量和安全提出了更高的要求，這使得傳統農業生產模式面臨著巨大的挑戰。在這種復雜多變的背景下，農業機器人應運而生。它將先進的機器人技術與農業生產相結合，為解決農業面臨的諸多問題提供了新的思路和方法。農業機器人可提高農業生產效率、農產品質量和安全性，減少對環境的影響，因此，農業機器人有望成為未來農業生產的主力軍，引領農業進入智能化、高效化的新時代。

1 農業機器人的發展現狀

1.1 國外發展現狀

國外在農業機器人領域起步較早，經過多年的發展，已經取得了顯著的成果。例如，在美國，農業機器人憑借衛星定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS）技術，在精準農業領域得到了廣泛應用，能夠實現農田的精準種植、施肥、灌溉以及病蟲害防治[1]。美國的農業機器人不僅在大田作物種植中廣泛應用[2]，還在果園和葡萄園等經濟作物種植中創造了顯著的經濟效益，例如通過自動化精準噴灑技術，可降低80%的除草劑成本。日本則在農業機器人的小型化和精細化方面取得了突破，開發出了適用于狹小農田的微型機器人，能夠完成采摘、修剪等精細作業。例如，日本開發的農業機器人可以在設施種植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等環節實現自動化[3]。此外，日本還推出了帶有高精度衛星定位導航功能和遙控功能的自動化農機產品，以減輕機手長時間作業的體力負擔。此外，歐洲的一些國家也在農業機器人技術研發和應用方面處于領先地位[3]。荷蘭的溫室機器人在甜椒、黃瓜等蔬菜的采摘和分級包裝方面表現出色。例如，Sweeper甜椒采收機器人和Crux Agribotics黃瓜采摘機器人，這些機器人借助計算機視覺技術和機器學習算法，能夠實現精準采摘和自動化處理。德國的農業自動化生產線則在養殖業中得到廣泛應用[3]。例如，自動化飼喂、清糞和環境控制系統，顯著提高了生產效率。這些技術提升了農業生產的自動化和效率，減少了勞動力需求、環境影響，同時提高了農產品質量和安全性。

1.2 國內發展現狀

近年來，得益于國家政策的有力扶持，我國農業機器人技術實現了快速進步。國內高校與科研機構紛紛增加研發資源投入，攻克多項關鍵技術，取得了一系列突破性成果[4-6]。例如，我國已經成功研發出無人駕駛拖拉機、植保無人機、采摘機器人等多種農業機器人產品，并在部分地區進行了示范應用。這些機器人通過傳感技術實時監測農田和設備狀態，結合大數據、人工智能和機器學習實現精準管理與智能決策，從而提高農業生產效率和精準度。然而，與發達國家相比，我國農業機器人在技術水平、應用范圍和市場占有率等方面仍存在較大差距。目前，我國農業機器人的應用主要集中在經濟發達地區和大型農場，這些地區對新技術的接受度較高，且具備一定的資金和技術支持。在廣大農村地區，由于經濟條件、技術水平和基礎設施等方面的限制，農業機器人的應用還相對較少，普及程度亟待提高。此外，我國農業機器人在實際應用中仍面臨一些挑戰。首先，農業機器人的技術水平仍有待提升，特別是在復雜環境下的自主決策能力和作業精度方面。其次，農業機器人的成本相對較高，限制了其在更廣泛地區的推廣。最后，農業機器人的基礎設施建設相對滯后，如農田的信息化水平、網絡覆蓋等，也影響了其應用效果。盡管如此，我國農業機器人市場增長迅猛，未來幾年需求有望持續攀升。技術升級與成本下降將助力農業機器人在未來農業中承擔更多任務，成為推動農業現代化的關鍵力量。

2 農業機器人的優勢

2.1 提高生產效率

農業機器人能夠按照預設的程序和參數進行作業，不受天氣、時間等因素的影響，可以實現24 h不間斷工作。例如，植保無人機可在短時間內完成大面積農藥噴灑。在貴州銅仁，其每小時可作業3.33 hm2，相當于12人1 d的工作量，有效節省了人工成本。此外，植保無人機通過精準施藥，提升防治效果，減少農藥和水浪費。其他農業機器人也在生產中發揮了重要作用。例如，南京農業大學研發的草莓采收機器人，每1 h可采摘300多顆草莓，雖速度不及人工，但能24 h不間斷工作，單位時間采摘效率高于人工。重慶的采茶機器人每2 s可采摘一片葉子，充電一次能連續工作24 h，其效率和穩定性獲“老茶工”稱贊。農業機器人還可通過優化作業路徑和減少重復作業，提升效率、降低成本。例如，植保無人機作業前采集農田GPS信息并規劃航線，自主完成噴灑任務，減少人工干預和操作時間。農業機器人搭載智能傳感器和算法，可智能化監測和管理農田，根據不同作物和生長情況制定噴灑方案，提高作業效率和防治效果。綜上所述，農業機器人能提高生產效率、降低勞動強度和成本，應用前景廣闊，未來有望發揮更大作用。

2.2 降低勞動強度

農業生產是一項勞動強度大、工作環境艱苦的工作，尤其是在一些農忙季節，農民需要長時間在農田中勞作，容易導致身體疲勞和健康問題。例如，在果園采摘水果時，農民需長時間彎腰、爬樹，還要在高溫、潮濕等惡劣環境下工作，效率低且易患腰肌勞損、關節炎等職業病。在大田作物的播種、施肥和除草環節，農民也需在烈日下長時間勞作，勞動強度極大。農業機器人的應用可以將農民從繁重的體力勞動中解放出來，減輕勞動強度，改善勞動條件。例如，采摘機器人可代替人工采摘果實，避免農民勞累動作，降低勞動風險。在浙江某茶園，智能采摘機器人能自主識別成熟茶樹葉片并精準采摘，效率高且損傷率低，保障茶葉品質。此外，農業機器人還可優化作業路徑、減少重復作業，進一步提高生產效率、降低成本。例如，植保無人機利用GPS和GIS技術精準規劃作業路徑，實現高效均勻的農藥噴灑。在江蘇鎮江的無人農場，AI技術實現了農機自主規劃路徑、自動避障，提升了作業效率。這些技術減輕了農民勞動負擔，提高了農業生產效益，助力農業現代化。

2.3 保障農產品質量

農業機器人在作業過程中能夠實現精準控制，確保農業生產過程的標準化和規范化。例如，農業機器人在施肥時，通過土壤傳感器實時監測濕度、溫度、pH和養分含量等參數，數據經物聯網傳輸到云端，AI算法分析后確定土壤和作物需求。據此，機器人按作物生長階段精準施肥，避免過量或不足，提高肥料利用率，減少浪費和污染。此外，農業機器人可實時監測作物生長環境和病蟲害情況，及時采取措施[7]。例如，農業機器人通過傳感器和機器視覺技術實時監測作物生長和病蟲害情況，發現異常后自動噴灑農藥。這種方式減少了農藥使用量，降低了環境污染。同時，通過精確控制農藥的使用，農業機器人能保障農產品安全。農業機器人通過精準控制和智能化管理，提升了生產效率，推動農業可持續發展和生產標準化、規范化，進而提高農產品品質和產量，為農業現代化提供技術支撐。

3 農業機器人面臨的挑戰

3.1 技術瓶頸

農業機器人技術雖有進展，但仍需突破一些技術瓶頸[8]。例如，農業機器人的環境感知能力還不夠強，難以準確識別復雜的農田環境和作物生長狀態。農業環境中，傳感器易受干擾導致誤差或失效，光照、遮擋等因素也限制了機器人感知能力。此外，機器人的自主決策能力不足，面對突發情況反應慢。執行任務時，機器人手、眼、腳、腦協調困難，機械手不夠靈巧，任務執行耗時長，多臂協調效率低，都是目前亟待解決的問題。例如，采摘水果時，機械手須具備仿形柔性適應不同果實，但目前末端執行器操作還不夠靈巧。機械結構和作業精度也需進一步優化，以適應不同作物和地形，同時還需提升越野和通過能力，如在果園中，可通過實時三維建模來輔助避碰。未來，農業機器人技術需在智能感知、決策控制、自主移動和靈巧執行等方面實現突破，通過深度學習提升環境適應能力和路徑規劃智能化水平，多傳感器融合技術則可增強穩定感知能力，提高路徑規劃魯棒性。

3.2 成本高昂

農業機器人研發和生產成本高，導致其市場價格較高，限制了其的推廣應用。2023年全球農業機器人市場規模約16.67億美元，預計2032年達157.8億美元。在我國，2019年行走系列農業機器人均價2.55萬元/臺，機器手系列及其他均價5.15萬元/臺。大多數農民購買農業機器人需花費數萬元甚至數十萬元，經濟負擔較重。此外，其維護和保養還需專業技術人員和額外費用，進一步增加了使用成本。農業機器人的復雜技術結構和高精度機械部件要求定期的專業維護，以確保其正常運行和延長使用壽命。例如，一些高端農業機器人需要定期更換零部件和校準傳感器，這些維護工作不僅需要專業的技術知識，還涉及較高的費用。這些因素共同導致了農業機器人在推廣過程中面臨較高的門檻，限制了其在更廣泛地區的應用。

3.3 適應性不足

農業生產的環境和條件具有多樣性和復雜性，不同地區、不同季節的農田狀況差異較大。目前的農業機器人在適應性方面還存在不足，難以滿足各種復雜環境下的作業需求。例如，一些農業機器人在面對崎嶇不平的山地農田時，可能會出現行走困難、作業不穩定等問題；在不同作物的種植和收獲環節，農業機器人也需要進行相應的調整和改進，以適應不同的作業要求。

4 推動農業機器人發展的策略建議

4.1 加強技術研發

政府應加大農業機器人技術研發的資金支持，設立專項基金，鼓勵高校、科研機構和企業攻關關鍵技術；同時，強化產學研合作，促進成果轉化，提升農業機器人的技術水平和性能；并且，應注重引進國外先進的農業機器人技術和經驗，結合我國農業生產的實際情況，進行消化吸收和再創新，加快我國農業機器人技術的發展步伐。

4.2 完善政策支持

政府需完善政策法規，營造農業機器人發展的良好政策環境。例如，出臺農業機器人購置補貼政策，降低農民購買農業機器人的成本；制定農業機器人研發和生產企業的稅收優惠政策，鼓勵企業加大研發投入；加強農業機器人市場的監管，規范市場秩序，切實維護農民權益。此外，政府還應加大對農業機器人基礎設施建設的投入，如改善農田道路條件、建設農業機器人充電站等，為農業機器人的應用提供便利條件。

4.3 促進人才培養

農業機器人的發展需要大量的專業技術人才和操作人員。因此，應加強農業機器人相關專業人才的培養，高校和職業院校應開設農業機器人相關專業課程，培養一批掌握農業機器人技術、機械工程、電子技術、計算機技術等多學科知識的復合型人才。同時，應加強農業機器人技術培訓，提升農民的認知與操作水平，使其能熟練運用農業機器人開展生產作業。

4.4 加強宣傳推廣

通過多種渠道宣傳農業機器人技術，舉辦技術培訓、演示和交流活動，提升農民的認知度和接受度，讓他們感受其作業效果和優勢；利用電視、報紙、網絡等媒體平臺，宣傳農業機器人的應用案例和發展前景，營造良好的社會輿論氛圍，促進農業機器人技術的推廣應用。

5 結論

農業機器人是現代農業技術的重要結晶，擁有巨大的應用潛力和發展空間。它在提升農業生產效率、降低勞動強度、保障農產品質量等方面優勢顯著，未來有望成為農業生產的核心力量。然而，農業機器人目前仍面臨技術瓶頸、成本高昂、適應性不足等挑戰。因此，政府、企業、科研機構等各方需加強合作，通過技術研發、政策支持、人才培養和宣傳推廣等多措并舉，推動農業機器人技術發展，助力農業現代化和鄉村振興。

參考文獻

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