2021-02-05
农业机器人在近年来更加完善普及,它为世界人口粮食的提供起到了至关重要的作用,是农业的重要改革。
纵观历史,农民在开发减轻工作量的工具方面一直具有创造力。早期的农民在播种新作物之前先用锋利的棍棒和石头使土地松散,而草犁的发展使中东的农民可以在较短的时间内耕种更多的土地,尤其是当他们使用动物提供牵引力时。这使这些早期农业社区种植的粮食比他们所取代的游牧觅食者多出5至6倍的粮食。由于一个家庭可以为5-6个家庭生产足够的食物,其他家庭可以专门从事其他手工艺品,例如采矿和建筑。这样,农业工具的发明推动了古代文明的发展。
直到18世纪,仍必须手动完成更复杂的任务,例如播种、收割和脱粒,因此需要大量的人工。例如,谷物收成需要大量的劳动力才能将农作物收割、捆扎和运输到农场。
得益于1794年脱粒机的发展和1830年左右用马拉收割机的收获,收割一块谷物所需的人力大大减少了。在1880年代,这两台机器在现在称为联合收割机的地方进行了组合。虽然最初是由大型马队拉动的,但后来被蒸汽机取代。
随着内燃机的兴起,在1930年代也引入了自供电联合收割机。由于这些创新,在100年的时间内,收获一公顷谷物所需的人工量减少了10倍。
农业机械化的这一革命导致从事农业的人数不断减少。例如,到1900年,英国仍然只有15%的劳动力用于农业,到1970年,这一比例进一步下降到5%以下。美国和比利时在1850年仍然拥有超过50%的农业劳动力。但到1970年,这一比例下降到了5%以下。到那时,中国仍然有80%以上的劳动力用于农业,但正在迅速追赶。
通过释放大量劳动力,农业机械化使这些国家得以发展经济并创造大量财富。这就解释了为什么人均农业中劳动力比例最小的国家是人均GDP最高的国家。
在过去的几十年中,人均生产率的进一步提高主要是通过增加农业机械的尺寸和功率以及增加先进的自动化技术来实现的。2014年,纽荷兰通过配备653马力和13.7米割台的联合收割机在8小时内收获了近800吨小麦,从而建立了目前的吉尼斯世界谷物收割纪录。
但是,这种策略的局限性开始显现。机器重量导致严重的土壤压实,这对水分渗透和根系发育产生负面影响。而且,这些机器对于道路运输来说变得太大了。
为了减少土壤压实的负面影响,一些农民已经在实施有控制的交通耕作。在该系统中,所有机器都沿着的相同路径行驶,而其余部分则不受干扰。全球导航卫星系统,在建立这些路径方面起着至关重要的作用。这些系统允许拖拉机确定其在空间中的绝对位置,然后由控制系统用来跟踪预定路径。但是,由于这不允许在野外检测到障碍物,因此大多数具有GPS导航功能的拖拉机仍必须由人工操作,以监督系统。
减少机器尺寸和重量的另一种方法是使用较小的机器。但是,迁移到大型机器的主要驱动力是人工成本。因此,开发了模块化系统,其中一个操作员可以同时控制多台机器。该概念的第一阶段涉及使用由操作员操纵的主机和从机跟随主机并由操作员远程控制的从机。
园艺领域的机器人(例如修剪机器人和收割机器人)也进行了大量研究。尽管已经可以商业购买的系统数量仍然非常有限,但是许多公司最近都活跃在这个领域。因此,预计在不久的将来会有更多的系统投入商业使用。
在全自动农业机器人方面,奶牛养殖业处于领先地位。第一台商用挤奶机器人已于1992年推出。如今,这些系统已被广泛使用。例如,2017年,荷兰22%的奶农已经在使用挤奶机器人。最近,还在奶牛场引入了用于饲料分配和粪便清除的机器人。