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農用機器人之基本功夫

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

美國一家溫室服務公司(Advanced Intelligent systems)對於溫室自動化機器人所遭遇問題描述如下:

溫室的地面有些鋪設水泥,有些為碎石路面,有些鋪設抑草蓆,有些的堅硬泥土地面,有些泥濘表面。植物種在不同尺寸的盆器,作物栽培的行株距都不相同,溫室內通路也因作物或其環控方式而不同,溫室與種苗育苗室有設計與興建也都不相同。這些都是對於機器人的運作形成挑戰,這也是許多機器人公司不願投入農業機器人研發的主因。

中國科學網有位卜葉先生發表一篇文章農業機器人的春天來了嗎?其對農業機器人之描述如下:

農業機器人是農業智能化裝備的一種,能夠利用多傳感器融合、自動控制等技術,讓自然環境下作業的農業裝備實現自動化、智能化生產。農業機器人種類豐富,包括大田作業機器人、溫室機器人、林業農業機器人、畜牧農業機器人、水產農業機器人等。

中國農業大學教授李偉對中國機器人之研究水準有如下宣傳。

中國農業機器人與國際研究水平相當,部分技術處於領跑水平,比如自然環境下機器人的伺服控制等。也有一些技術處於落後狀態,比如涉及作物信息、動植物生理、生態感知的傳感器件等。

其中全世界面臨的一個共性難題是在非結構環境下如何有效獲取信息。不同於工業環境的流水線生產,農業機器人面臨的工作環境非常多變,果實形態多樣、農業環境中復雜的光照條件、植株的複雜佈局等,都會對農業機器人的判斷和執行造成干擾。

舉例小黃瓜採收機器人在摘黃瓜的過程中,首先得找到目標。但是每個黃瓜長得都不完全一樣,並且還有枝葉的遮擋,機器人找到黃瓜、定位、伸手、採摘的過程不順暢,這大大影響了機器人採摘過程的速度。

李偉團隊取得突破性進展,研發出非結構環境智能雙目視覺系統。該系統能夠在農田、果園等自然環境下,識別光照、時空,動態採集,高速實時傳輸數據。該系統已經在採摘機器人、除草機器人、割膠機器人等農業機器人方面展開實驗與驗證

江蘇大學教授魏新華指出中國農業機器人之問題

目前中國農業機器人的推廣,主要集中在大田作業中自動駕駛農機、農業植保無人機等的應用。大田無人農機已經能夠替代人工,實現自動駕駛、工作環境監測、農業決策以及其它具體操作。

中國對機器人的研究整體比較弱,前期的創新研究積累不夠,將導致後期產業化“底氣”不足,無人農場終究是紙上談兵。

農業機器人的研製是不斷發現問題、解決問題的過程。例如目前無人農機作業過程中農田邊界的識別是困擾研究人員的難題。無人農機無法識別農田邊界,作業之前需要人工駕駛無人農機獲取田塊的四個頂點,非常耗時。

雖然能夠自動識別邊界和固定障礙物的系統嘗試解決這一難題,但是實際作業過程中又發現了新問題。該系統的田頭作業不盡如人意,尤其是在不規則田塊中作業存在比較大的難度。調試好的無人農機在移到另一區域作業時,也暴露出土壤及地表狀況適應性差的問題。

此外,面對播種或插秧直線度差的田塊,如果農業機器人在田間管理時仍按照北斗導航規定的直線路作業,就會增加軋苗率。

 

〔評論〕

農用機器人可以歸類於智慧農業的一環。農業機器人的研究可以用以表演,也可以朝向實用化。

如果只是為了作秀,那就在溫室混凝土地面行走,兩側的果菜預先摘除不易辨識的果實,然後表演一邊行走,一邊採果之秀場。

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如果是為了解決農業缺工問題,希望以機器人取代人力,那就必須自基礎研究,而沿著機械化,自動化與智慧化的步驟。尤其機械化之基本功夫要完善。

對田間作物而言,在田區方面,包括土地是否平整,長寬是否一致,要避免出現不規則的田區。在作物方面,其行距要一致。作物品種要能整齊成長。

對溫室作物而言,除了類似田間作物的整齊性,一致性。溫室原本就有各項機器行走通道。作物是地面栽培,盆器栽培,介質袋栽培,養液栽培不同方式,都會影響農用機器人之設計。

對於機器人之關鍵問題:運動導航與作業動作,有許多關鍵技術是基本功夫,如果一個國家這些基礎研究不足,相關技術即無法聯繫。

這就是農用機器人之根本問題,根本問題還是要自基礎研究開始。