潮科技|農業機器人行業應用報告

編者按：本文是36氪“邊界計劃”的轉載內容，來自微信公眾號“唐朝機器人”，文：ChinaRobot，美編、校對：李涵；36氪經授權轉載。

機器人在田間“勞作”

農業，作為國民經濟的支柱產業，被譽為“母親產業”。在信息技術高速發展的背景下，農業也正處於轉型期。這種轉變因國而異，因州而異，因地區而異，也因耕作方式而異。世界各地的農業技術都在經歷變革，但總的趨勢是採用精準農業以及機器人等先進技術。在自動化發展的浪潮中，農業的自動化、智能化趨勢無法阻擋。

農業勞動生產率亟待提高

20世紀以來，全世界範圍內農業勞動生產率提升了150%，但卻呈現出國家、地區的不平衡。據相關數據表明，中國農業勞動生產率約為世界平均值的47%，約為高收入國家平均值的2%，約為美國和日本的1%。專家預測，中國下一次產業革命將在農業領域進行，也就是說從2020年起未來30年將是大農業的天下。而這次產業革命的顯著特點之一就是以高科技為支撐。

根據十二五規劃和政府提出的目標，2020年，農業機械化水平將提高70%，2030年將提高82%。如果這種情況發生，農業將成為中國機械行業增長第二快的行業，僅次於工業機器人。

勞動力短缺

世界各地的農民都在老齡化，願意在農場工作的人越來越少。僅在日本，農民數量就從2004年的220萬下降到2014年的170萬。到2016年，日本農民的平均年齡為67歲。同時，對於新一代的年輕人而言，務農並不是一種有吸引力的職業，這加劇了農民的短缺。

在美國，美國勞工統計局(Bureau of Labor Statistics)報告稱，2012年有74.94萬名農業工人，比2011年下降了3%(2.5萬人)。美國總統特朗普修建邊境圍牆的計劃，正在影響來自墨西哥的季節性農場工人。勞動力短缺每年使農作物產量減少約31億美元。

在所謂的“脫歐”之後，隨著東歐移民工人離開或避開英國，機器人正代替人來進行農業勞作。

糧食需求急劇增長

農業是我們最重要的產業之一。它提供我們生存所必需的食物、飼料和燃料。到2050年，全球人口預計將達到90億，農業生產必須翻一番才能滿足需求。由於耕地有限，生產力必須提高25%才能幫助實現這一目標。生產力的提高必須依賴於高科技應用。

機器人核心技術的進步

專門的傳感器，包括機器視覺、全球定位系統(GPS)實時動態測量技術(RTK)、基於激光的設備和慣性設備、致動器(液壓缸、直線電機和旋轉電機)和電子設備(嵌入式計算機、工業PC和PLC)使農業機器人能夠集成，這些自動/半自動系統為機器人提供了精確的定位和導航，如果配備適當的工具(農業工具或器具)，它們能夠精準的執行農業任務。

市場潛力巨大

農業機器人市場預計將從2016年的27.5億美元增長到2022年的128億美元。對農業效率和生產力的日益關注預計將推動農業機器人市場的增長。

許多研究人員認為，到2022年，農業機器人市場的複合年增長率應該會超過20%。最終，它的市值將達到130億美元。

除了全球人口增長、勞動力成本以及技術進步等原因之外，水資源總量下降和成本上升、有限的可耕種的面積等共同促進了機器人技術的研發和應用。

中國

2018年，一個為期7年的農業機器人試點項目在中國江蘇省啟動，試點項目希望通過機器人來取代農戶的工作，該項目主要應用了無人拖拉機、無人農藥噴灑機、無人水稻插秧機等，而這些技術都是尚未在中國普及的。

據《彭博社》報導，這一項目可以讓中國數百萬個低產的、有污染的農場實現現代化。

美國

2018年，美國農業部(USDA)國家食品和農業研究所(NIFA)宣布通過國家機器人聯合計劃(NRI-2.0)支持在農業領域研發和使用協作機器人。NIFA的使命是投資和推進農業研究、教育和推廣，以解決社會挑戰。

法國

法國是世界上最大的農業生產國之一，通過其國家農業和研究機構IRSTEA，已於2017年11月宣布創建加速器項目“RobAgri”，它的目標是“強化未來機器人的概念、驗證和傳播”。

RobAgri是世界上最大的關於這一主題的政府項目之一，它召集了近50個公共和私人利益相關者，以推動一個充滿活力的集體構想出適合農民和市場需求的機器人系統。

除了工作組之外，RobAgri還與Naio Technologies合作，組織每年一次的農業機器人大會。

英國

英國政府於 2013 年 7 月發布了一份《農業技術戰略》政策報告，旨在解決英國農業科技成果轉化的瓶頸問題，以提高英國農業產業競爭力。同時，政府還投入7000萬英鎊建立農業技術孵化中心，支持接近市場的農業創新“概念驗證” 的發展和研究成果向市場轉化。

日本

2016年，日本政府宣布投資3700萬美元開發20種協助農民工作自動化的機器人。

農業機器人可以應用到農業生產過程的方方面面。按照機器人作業空間劃分，可分為農業室內機器人和農業室外機器人，室內機器人主要應用在溫室以及大棚等場景中，主要包括室內收穫機器人和溫室自動化控制系統；室外機器人可應用到大型農田、牧場等環境中，主要包括無人機、收穫和牽引車、苗圃作業機器人、噴灑和除草機器人、水果採摘機器人等。

按照農業生產流程，可分為播種、種植、採摘、除草以及施藥機器人。按照農業管理類別可分為收穫、採集管理機器人、田間（野外）製圖機器人、奶牛場管理機器人、土壤管理機器人、灌溉管理機器人、修剪管理機器人、天氣追踪及預報管理平台、庫存管理平台等。

除此之外，還包括一系列農林產品包裝、農業物流等農業自動化軟硬件平台。

1、 無人機、航空攝圖設備

無人機是農民採用的首批機器人應用程序之一，它可以幫助農民節省大量時間和勞動力，而無需外出查看作物。這些無人機配備了多光譜和照相機，可監測作物的潛在威脅、植物的生長和預測產量，更先進的無人機能夠攜帶和運送有效載荷，如除草劑，肥料和水。

大疆（中國）

大疆在農業領域的佈局從農作物監測、農業諮詢、灌溉管理到噴灑設備都有涉及。其精靈系列無人機可分別完成苗圃、溫室農作物實時監測，獲取重要的農作物信息等任務。

經緯M600可為農業研究提供大量精確的環境和植被數據，幫助農學家解決包括增加產量，提高食物安全性，管控農業生產對環境的影響以及作物處理等問題。

M-200無人機可為用戶管精準呈現水量信息，幫助他們進一步優化灌溉策略

MG-1S農業植保機集成大疆最新技術，全新的A3 飛控和雷達感知系統為飛行可靠性保駕護航，水泵噴灑系統和流量傳感器讓植保作業更精準，配合全新MG智能規劃作業系統和大疆農業管理平台，可實現作業規劃、飛行實時管理和工作統計。

Aerobotics（南非）

位於南非的Aerobotics使用常規衛星圖像和無人機飛行來監測作物，並警告用戶果園中潛在的風險，可準確的統計包括樹木健康狀況，樹木數量，樹木尺寸和樹冠面積等數據。2018年8月，Aerobotics獲得了由南非最大銀行旗下風投Nedbank CIB風險投資領投的200萬美元A輪融資。

American Robotics（美國）

American Robotics公司是美國一家專注於農業自動化的無人機開發公司。一旦安裝即可按照預先設定的時間按需飛行，自動處理和上傳蒐集到的數據到雲端，使用團隊專利算法，智能和有效地監測農田和識別作物各項指數。提供多種植被指數、數據類型和作物分析，及早發現和糾正植物脅迫。

Cainthus（美國）

來自美國的Cainthus 公司在每個穀倉大約安裝20個攝像頭，平台可對牧群進行全面的分析和可視化的數據採集，在短短幾秒鐘內，其成像技術就可以識別和記憶單個奶牛的獨特特徵，如它們的皮毛圖案、耳標和麵部特徵。每隻動物都安裝有傳感器，該公司的技術每秒捕捉10張圖像，每隻動物每天總共捕捉864k個數據點，根據這些數據點繪製出每個奶牛一天的“姿態”變化，農戶也可以依據這些可視化數據來跟踪奶牛乃至整個農場的生產力。

Hummingbird Technologies（英國）

Hummingbird Technologies是一家人工智能公司，利用衛星、無人機、飛機和機器人技術的圖像和數據分析，以及專有算法，為農民提供農作物在關鍵決策節點的高分辨率地圖。蜂鳥採用最先進的機器學習和計算機視覺技術，直接向農戶提供田間作物健康方面的可操作建議。

TellusLabs（美國）

2018年底，Indigo Agriculture收購了TellusLabs，稱該公司為“世界糧食供應狀態的活地圖”。TellusLabs建立了自己的衛星圖像分析平台，最初的目的是向大宗商品交易商、政府和保險公司等非農業客戶銷售數據。公司依靠各種中分辨率和粗分辨率衛星，使用機器學習算法，通過實時跟踪農場管理決策和農藝參數(包括農田邊界、作物類型、種植和收穫日期以及作物的總體表現)來預測全球作物產量。

根據IDTechEx的數據，無人機行業在2026年將達到4.8億美元。無人機的主要功能是構建農場的詳細航拍地圖。IDTech的數據顯示，無人機可以裝載多光譜傳感器，測量植物健康、產量、水分壓力水平和缺氮等關鍵指標。這是精準農業的一部分。

2、噴灑和除草機器人

這些公司利用雜草圖像數據庫訓練他們的機器人探測和清除雜草，或者直接在雜草本身而不是植物上施用殺蟲劑。隨著越來越多的雜草對殺蟲劑產生抗藥性，使用除草機器人將為農民節約大量的成本，也對環境產生巨大的促進作用。

Blue River Technology（美國）

Blue River利用機器視覺和機器學習技術開發植物/雜草定位機器人，並可根據情況對每顆識別的植物進行管理（依情況“決定”是否噴藥）。公司曾榮獲美國農業與生物工程師學會最具創新的50家農業公司，並被Inc.Magazine評為2017年25家最具顛覆性的公司。2017年，Blue River被全球最大農業機械製造商約翰迪爾公司以3.05億美元收購。

EcoRobotix（瑞士）

機器人搭載的太陽能面板，可提供12小時太陽能動力而無需充電。EcoRobotix可實現自動工作，無需人工操作，在機器人前端的攝像頭髮現雜草後，可準確對雜草定位並噴灑除草劑，使用的除草劑比傳統機器少20倍。EcoRobotix也因此獲得2018年環境經濟獎。

FarmWise（美國）

FarmWise為蔬菜農場開發了一種除草機器人，它利用計算機視覺識別雜草，並利用機器人在不使用除草劑的情況下清除雜草。

Ibex Automation（英國）

Ibex自動化有限公司為農民開發了自主農業機器人系統，包括用於草原的自主精確雜草檢測和噴灑系統。

3、自動駕駛和自動導航系統

使用自動駕駛和自動導航系統，農民們現在可以讓他們的拖拉機和其他農業設備在農田裡自動運行。這些設備有很高的精度，可自動適應丘陵地形。

Augmenta（希臘）

Augmenta是由希臘創業公司研發的一款可配備於拖拉機的即插即用設備，允許農民基於攝像機進行作物分析和自動施肥控制。

Trimble（美國）

提供配備自動導航和駕駛系統的高精度車輛。可應用於噴灑農藥、精確灌溉，排水和土地平整，為農戶增加收成和進行產量監測。

Autonomous Solutions, Inc.（美國）

Autonomous Solutions, Inc.研發的一款無人駕駛拖拉機可應用於果園、葡萄園，每一輛無人駕駛農用車都配備了一系列硬件和軟件組件，允許用戶在手動控制和機器人控制之間進行切換。這些部件與現有的有線、機械或液壓控制系統一起工作，並將車輛連接到中央指揮站，從而允許單個操作員管理多輛無人駕駛卡車。

目前，大多數該領域的機器人仍處於研究或半商業化的試驗階段。據預計，2026年以後，配備製導技術的拖拉機將以每年66萬輛的速度增長。這些拖拉機使用RTK GPS技術自動跟踪預定的路徑，具有厘米級的精度。

4、水果採摘機器人

目前，在美國加州等地以機器人收割為主的農作物包括草莓、黃瓜和蘋果等水果。僅2016年一年，美國就有超過700萬噸的蘋果是人工採摘的，工資的上漲和勞動力的短缺使得果園經營者面臨巨大挑戰。這些結合圖像處理和機械臂的機器人為農戶提高收入、節約成本帶來了希望。

Abundant Robotics（美國）

Abundant Robotics是美國一家前沿的農業機器人公司。在硬件方面，該公司的機器人已經解決了控製或處理易碎水果的挑戰，它們使用真空而不是爪子或類似機械爪等工具從樹枝上拉蘋果。Abundant Robotics 已於2017年獲得由Google Adventure領投的1000萬美元投資。其產品也計劃於近期商業化並推向市場。

Agrobot（西班牙）

Agrobot可由一人單獨操作。Agrobot在輪子及機械臂等處都配備了公司自主研發的傳感器。基於攝像頭的視覺系統可以對每個草莓進行單獨分析，檢查其形狀和顏色，在發現成熟的漿果時，“指導”機械臂進行精確的切割動作，再把把水果放通向包裝區的傳送帶上。操作人員可以直接選擇水果並將其包裝。

FFrobotics（以色列）

FFrobotics專利的多水果採摘解決方案結合了精確而簡單的機器人控制，快速和準確的圖像處理，以及先進的算法技術，可採摘和區分可用的農產品和損壞、患病以及未成熟的果實。

Four Growers（美國）

由兩位匹茲堡大學畢業生創辦的Four Growers, 主要開發溫室農場的自動收穫和分析系統。到目前為止，該公司已經為機器人開發了其獨特的視覺系統以及人工智能算法，團隊正在完善番茄採摘機器人原型，並將在溫室進行測試。團隊目前已獲准進入世界最優秀的加速器Y Combinator，Y Combinator以12萬美元獲得了該公司7%的股權。

博田自動化（中國）

博田的果蔬採摘機器人是利用多傳感器融合技術，對採摘對象進行信息獲取、成熟度判別、並確定收穫目標的三維空間信息及視覺標定，引導機械手與末端執行器完成抓取、切割、回收任務的高度協同自動化系統。除了果蔬採摘機器人，博田還提供地面+天空的整套農業自動化解決方案。

5、其他農業機器人及自動化系統

除了上述兩大類機器人外，還有應用於大型牧場和家庭農田以及室內環境的農業自動化解決方案

Swag Bot（澳大利亞）

主要應用於大型牧場的Swag Bot, 能夠獨立監視牛(可能還有羊)，能夠輕鬆地在崎嶇不平的地形上行駛，幫助引導奶牛前往牧場，遠離潛在的危險。

Harvest Automation（美國）

Harvest Automation由iRobot前員工於2009年創建，其旗艦產品HV-100用於在非結構化的戶外環境中執行物料處理任務，例如商業種植操作環境。HV-100適用於溫室和苗圃環境，位置精度高，可處理最常見大小的容器，快速更換可充電電池，不需要進行編程，可完全自主的在室內和室外移動。Harvest Automation也曾於2012年開始研發倉儲機器人，但由於缺乏在倉儲方面的經驗和相應的資源支持，其倉儲機器人產品宣告失敗。2016年，Harvest Automation的倉儲機器人及其相關專利都被賣給NextShift Robotics。如今，Harvest Automation仍專注於農業機器人研發與製造。

FarmBot（美國）

FarmBot是一個開源的精準農業種植平台，包括一個笛卡爾坐標機器人種植機械臂，軟件和農業數據儲存平台。FarmBot 平台可在2.9米*1.4米的農田內種植包括土豆、豌豆、南瓜等30多種蔬菜，可進行播種、澆水、收割等多種操作。

CIBO（美國）

CIBO是一家美國農業軟件創業公司，公司基於軟件平台對世界各地複雜的農業生態系統進行建模和模擬，為客戶提高吞吐量、優化生產、提高資本效率、減少浪費和提高可持續性: 可實時跟踪作物需求，建立作物對病蟲害反應的科學模型、對新農產品目標市場進行評估、協助用戶採購高質量的原材料、進行虛擬田間試驗以及識別和管理供應鏈風險。CIBO被福布斯評為“2018年最具創新力的25家農業科技創業公司”。

SproutsIO（美國）

SproutsIO是一家位於美國麻省劍橋市的創業公司，專門研發室內種植設備。該公司研發出一款類似檯燈的設備，可種植生菜、西紅柿和茄子等植物。該設備的燈是專門設計來適應各種植物的整個生命週期的。設備上的攝像頭和環境傳感器可全天候監測植物生長狀態。在水池的內部，有一個電子系統循環水和營養物質，同時傳感器監測關鍵環境因素，如水位和溫度。

恩茁智能（中國）

東莞恩茁智能創立於2016年，是一家致力於開發各種農林業自動化設備與配套技術的高科技公司。經過兩年的研發、生產、客戶反饋及改進，現有一款適用於蔬菜、花卉、苗木且具備自動灌裝、熱封、切斷等多功能為一體的AGI紙缽機（又名輕基質育苗容器灌裝機）系列成熟產品，以及組培灌裝機GZJ系列產品。灌裝機灌裝速度可達每小時7000瓶。

當下，我們仍處於農業機器人革命的早期階段，大多數產品仍處於早期試驗階段和研發模式，這也意味著，農業領域蘊藏著巨大的市場機會等待機器人從業者去開拓。

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