迈向自动化农业的步骤

据估计,到2038年,农业机器人和无人机有潜力成为350亿美元的产业。这是一个令人振奋的前景,并且如果技术和市场的发展得以实现,这很可能是可行的。

在本文中,哈沙·加法扎德博士,IDTechEx的研究主任讨论了一些基本的发展,包括自主移动性,深度学习,电子产品的坚固化和模块化,以及能源。所有这些主题都代表了巨大的创新和产品开发机会。

自主移动技术
自动化的基础是提高生产力或人均产量。这一目标一直推动着农业机械的发展,历史趋势表明,尽管仍然存在重大挑战,但农业在提高生产力方面确实非常成功。

正是这种趋势产生了巨大的影响,重型和快速车辆,提高驾驶员的生产力。进一步提高生产力的下一个自然步骤是移除直接驱动器,并允许对农业机器人的大型自主车队进行远程监控。

由于这种趋势,拖拉机可以变得更加自主和/或大型的小型自主机器人队可以出现。的确,IDTechEx的一份报告预测,到2028年,小型农业机器人的市场将达到1.6亿台是可行的。

然而,为了达到里程碑,如数亿个农业机器人的销售额,需要许多基础技术开发。考虑到农业的户外性质,GPS(或RTK-GPS,更精确)是必需的。这个网络已经退出,实施的成本-不管它是接收器,设置,或者信号订阅-都在下降。

然而,仅此是不够的。的确,就像自动驾驶汽车一样,自主农业机器人也需要融合传感器。这是因为即使在黑暗中GPS信号失效时,也需要避免冲突或维持操作。关键支撑要求,因此,正在开发低成本和坚固的传感器,如雷达,利达斯超声,红外夜视。

农业机器人本身的市场太小了,无法推动这些发展。然而,它将受益于全球自主汽车的趋势。对于自主导航的软件方面也是如此:这里来自其他部门的学习也可以转移到农业上。

因此,自主流动是农业机械变革的主要趋势。随之而来的是巨大的创新和产品发展机遇。的确,这项技术可以极大地改变我们对农业机械的看法,用小型和慢速的自治车队取代大型和重型车辆。

深度学习
这些天我们经常听说深度学习。它被宣布为灵丹妙药,但对于农业机器人的进一步发展至关重要。有几个例子可以说明原因。

第一,考虑精密除草。在这里,机器需要查看,识别和定位杂草以区别于农作物。这不是一个简单的任务,也不适合传统的确定性软件开发。这是很容易理解的,因为人们可以想象在一个农场的生活环境中,在不同的光照和地形条件下有许多杂草和作物处于不同的生长阶段,等等。

然而,通过深入学习,有可能向前迈出重要一步。在这里,在标记数据集上和/或通过跟踪和误差训练算法以区分杂草和作物。重要的是,由于误差不是致命的,所以精度要求不太严格。与诸如自主客车等安全关键应用相比,这减轻了对大量数据集的需求。

当然还有更多的工作要做。及时,算法将需要能够处理更多种类的条件(例如,不同的杂草,作物,天气,以及采取更加多样化的行动。然而,这已经是进一步实现农业数字化的重要步骤。

第二个例子是采摘新鲜水果。这也是一个复杂的任务,它不适合传统编程。要领略这一点,只需想象一下如何找到并达到一个水果放置在一个复杂的,不断变化的树冠。

我们助手可以学到很多深奥的知识。这里的挑战还在于生成用于训练算法的数据集。这是一个持续的研究方向,不久就会出现突破。一般来说,机器人采摘鲜果尚处于发展初期,但在更受控的环境中取得了良好的进展。

因此,一般来说,深层学习也将在农业自动化中发挥作用。它将帮助解决逃避传统编程方法的特定和狭窄的软件问题,这样就为自动化打开了更多的任务。

因此,这是另一个重要的创新机会。数据的使用在农业中将变得越来越重要。这使该行业向包括数据分析和管理公司在内的新型参与者开放,数据采集工具制造商,精密设备供应商等。它还将使得新的商业模式迄今为止在农业领域不常见。

电子产品的加固和模块化
农业环境对机器不好。这是因为地形和天气。像这样的,机器及其所有机载电子设备将经历更具挑战性的条件。例如,他们将受到高振动,下雨了,暴露在阳光下,等。

再一次,汽车工业的发展会有所帮助,但是只有一部分。由于每辆车电子含量的增加,它们起到了作用。这种趋势正在产生可靠性挑战,特别是关于热稳定性和功率处理能力,PCB制造商和IC封装商必须会面。然而,环境并不相同,因此需要针对农业环境进行进一步的定制和坚固。

在这个阶段,开发人员在内部进行这种加固。这是因为价值链还没有到位,主要OEM提供正确的零件或车厢。然而,这在早期阶段减缓了发展,这是当行业销售回升时将解决的问题。

因此,这一趋势为电子部件和部件制造商提供了机会,以开发针对农业部门的定制解决方案。

另一个相关的需求是启用模块化。将来很可能会有大规模生产的自主平台或基地,以降低成本,促进普遍性。然后,通过插入适当的功能模块,可以在使用点或其附近定制这些基础,例如。,除草,数据侦察,施肥器,等。这将要求仍然新生的价值链的进一步发展和成熟。

这一趋势意味着,在中期内,要成为农业机器人的主导平台,将会有一场重大的斗争。商业战的动态,然而,这将不同于我们可能在其他领域的自主移动机器人中发现的。第一,在这里,机器人将在户外工作,因此他们需要不同的驱动和耐力能力。第二,农业是多样化的,因此在设计上有一些碎片化的空间。此外,优化设计还远未建立。只有经过多次反复试验,才能在尺寸方面出现最好的设计,驱动电源,能源,价格,集成功能等等。

这一趋势也将为功能模块制造商提供机会。在工业发展的早期阶段,这些模块可能是与特定的农业机器人/无人机公司协作定制构建的。未来,然而,极有可能出现与标准自主基础设计兼容的即插即用功能模块。

增强正常运行时间
机器人和无人机必须提供某种类型的生产力和/或成本优势。要实现这一点,需要机器工作时间更长,白天或晚上的停机时间很少。这个,当然,这要依靠长时间运转和容易补充的能源。这个,在我们看来,在产品设计中将产生非常有趣的动态。

今天,许多人选择用电池来驱动他们的机器人。这具有一定尺寸的优点,并且还能够分别驱动四个车辆,使机器人在受限和/或滑动条件下具有更好的操纵性。

然而,这种设计并非没有挑战:充电时间可能很长,从而增加了机器人停机时间;它可能需要车队管理软件,以便机器人自动管理自己,并在需要时自充电;它需要充电基础设施的可用性,这可能是一个更大的领域的问题;等等。

相反的方法是使用内燃机。考虑到当前的实践,这将更容易在农场中使用,并且可能会提高每单位的正常运行时间。然而,全自动车队管理将具有挑战性,因为机器人将不能自加油容易。机器人的尺寸也可能更大,包括精密成像仪的组件,喷雾器和致动器将经历更多的振动,每个车轮的独立控制更加困难,等等。

这些技术选择,包括许多杂交种,这将导致在农业机器人设计中有趣的动力学。

分享。

关于作者

毫米

詹姆斯在2017年加入了工业车辆技术国际团队。此前,他曾担任助理编辑的工程标题几年,并已在其他各种贸易杂志之前。詹姆士婚姻幸福,有一个使他忙碌的小女儿。

评论被关闭。