美國(guó)400馬力純電拖拉機(jī)，一次充電后運(yùn)行時(shí)間超出你的想象

　　機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展的如火如荼，農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的研究也進(jìn)行得熱火朝天，然后真正大規(guī)模投入應(yīng)用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人卻依然非常少見(jiàn)，但可以預(yù)見(jiàn)的是，不久的將來(lái)，將有一大波機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭，英國(guó)哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)教授Simon Blackmore預(yù)測(cè)，20年內(nèi)，機(jī)器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步正逐漸轉(zhuǎn)移到工業(yè)和商用汽車(chē)上，大約占電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)市值的6成左右。

　　在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，未來(lái)十年，自主混合動(dòng)力或全電動(dòng)拖拉機(jī)、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)的使用日益增加，將大大提高農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)效率，改變食品的生產(chǎn)方式。

　　雖然農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一些技術(shù)跟無(wú)人駕駛汽車(chē)非常相似，但它在播種、采摘蔬菜或水果以及農(nóng)藥的本地化應(yīng)用等方面有不同之處，它們具有單獨(dú)的感知、操作和處理要求。

　　促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的因素包括提高生產(chǎn)率和效率，降低無(wú)人駕駛技術(shù)成本，降低農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的可用性和成本提高，以及需要為全球不斷增長(zhǎng)的人口生產(chǎn)更多的糧食，而由于氣候變化，許多地區(qū)的作物產(chǎn)量下降。

　　拖拉機(jī)的電動(dòng)化

　　大約20多年前，配備GPS輔助設(shè)備的拖拉機(jī)就可以在大型農(nóng)場(chǎng)中根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的路線(xiàn)行走。目前大多數(shù)高端拖拉機(jī)都配備無(wú)人駕駛技術(shù)，并與聯(lián)合收割機(jī)兼容。利用GPS，操作員可以引導(dǎo)拖拉機(jī)及聯(lián)合收割機(jī)在規(guī)劃定位的30cm之內(nèi)運(yùn)行，可以增加農(nóng)田的作物，提高每畝地的生產(chǎn)力。根據(jù)市場(chǎng)研究公司IDTechEx的報(bào)告，2016年，配備自動(dòng)駕駛和導(dǎo)航的拖拉機(jī)共銷(xiāo)售30多萬(wàn)臺(tái)。

　　領(lǐng)先的歐洲和美國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械公司已經(jīng)推出了完全自主的無(wú)人駕駛和無(wú)牽引車(chē)的原型車(chē)，配備GPS導(dǎo)航轉(zhuǎn)向和傳感器，包括雷達(dá)，激光和光成像，檢測(cè)和測(cè)距(激光雷達(dá))。原始傳感器數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建室內(nèi)和室外環(huán)境的精確地形圖，而車(chē)載攝像機(jī)通過(guò)檢測(cè)和避免靜止或移動(dòng)障礙物來(lái)提高安全性。自主拖拉機(jī)也可以與其他有人駕駛的機(jī)器一起工作。

　　許多IEC技術(shù)委員會(huì)(TC)和小組委員會(huì)(SC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作有助于提高無(wú)人駕駛拖拉機(jī)和其他自主農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用的攝像機(jī)和感測(cè)技術(shù)的性能。下面是一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IEC TC 47：半導(dǎo)體器件，IEC SC 47E：分立半導(dǎo)體器件，IEC SC 47F：微機(jī)電系統(tǒng)，使制造商能夠構(gòu)建更可靠和高效的傳感器和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，IEC TC 56：可靠性，涵蓋電子元件和設(shè)備的可靠性。

　　無(wú)人駕駛技術(shù)將使得農(nóng)機(jī)可以24小時(shí)不間斷地進(jìn)行播種、種植和耕作等工作。這樣，農(nóng)民能夠解決農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的問(wèn)題，同時(shí)提高生產(chǎn)力和效率。IDTechEx指出，無(wú)人駕駛拖拉機(jī)之所以沒(méi)有大規(guī)模市場(chǎng)引入，主要原因在于無(wú)監(jiān)管，傳感器成本高企，以及農(nóng)民缺乏信任，而不是技術(shù)問(wèn)題。

　　拖拉機(jī)也正在向電動(dòng)過(guò)渡。美國(guó)領(lǐng)先的制造商今年早些時(shí)候推出的全電動(dòng)拖拉機(jī)原型配備兩臺(tái)獨(dú)立的150 kW電動(dòng)機(jī)，總功率達(dá)到300 kW(402馬力)。它由一個(gè)130 kWh的電池組供電，充電三小時(shí)后可以運(yùn)行四小時(shí)。

　　在過(guò)渡到全電動(dòng)拖拉機(jī)之前，有套件可以將柴油機(jī)轉(zhuǎn)換成混動(dòng)機(jī)。此外，用四個(gè)電動(dòng)輪馬達(dá)代替變速器，差速器和車(chē)軸的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)可以精確控制驅(qū)動(dòng)輪胎。

　　商用電動(dòng)農(nóng)用車(chē)的范圍已不只是拖拉機(jī)、自走式飼料攪拌機(jī)和輪式裝載機(jī)，所有這些都具有零排放、**小噪音和平穩(wěn)的駕駛特性。

　　多個(gè)IEC技術(shù)委員會(huì)(TC)和小組委員會(huì)(SC)制定了電動(dòng)自主車(chē)輛中無(wú)人駕駛技術(shù)使用的電子系統(tǒng)、傳感器、電機(jī)和電池的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEC TC 69：電動(dòng)道路車(chē)輛和電動(dòng)工業(yè)卡車(chē)，為電機(jī)和電機(jī)控制器，車(chē)載電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，電源和充電器準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)。

　　由于許多小型農(nóng)業(yè)機(jī)器人車(chē)輛的能源通常由電池供電，TC 69和IEC TC 21的聯(lián)系比較緊密：蓄電池和電池及其小組委員會(huì)，為所有二次電池和電池準(zhǔn)備國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它們涵蓋電動(dòng)汽車(chē)中使用的電池的安全安裝原理，性能，尺寸和標(biāo)簽。這些電池可以是許多不同的技術(shù)類(lèi)型，包括鉛酸，鋰離子，鎳金屬氫化物和磷酸鐵鋰。

　　雖然電動(dòng)拖拉機(jī)比電動(dòng)汽車(chē)需要更大的動(dòng)力，但五年后當(dāng)它們投入商業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，拖拉機(jī)電池的體積、持久力和成本都應(yīng)該得到改善。

　　據(jù)英國(guó)農(nóng)民聯(lián)盟2017年2月的報(bào)告，2020年初英國(guó)農(nóng)場(chǎng)將同時(shí)使用油電混合動(dòng)力和電池電動(dòng)拖拉機(jī)。該報(bào)告預(yù)計(jì)，在不久的將來(lái)，自主和傳統(tǒng)的機(jī)器將配合使用，電動(dòng)農(nóng)用車(chē)將可以用太陽(yáng)能充電，也能接入電力系統(tǒng)充電。

　　小型農(nóng)業(yè)機(jī)器人讓精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為現(xiàn)實(shí)

　　英國(guó)哈珀亞當(dāng)斯大學(xué)工程主管，國(guó)家精細(xì)農(nóng)業(yè)中心主任(NCPF)Simon Blackmore教授表示，大型拖拉機(jī)在大型農(nóng)場(chǎng)里效率更高，而小型電動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人為中小型農(nóng)場(chǎng)提高生產(chǎn)率帶來(lái)了更大可能。他預(yù)測(cè)，“20年內(nèi)，機(jī)器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。”

　　農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能完成播種、種植、耕作、采摘、收割、除草、分選以及包裝等工作，甚至還用于修剪葡萄藤。部分草莓采摘機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)試用階段，蘋(píng)果采摘機(jī)器人也已進(jìn)入原型的后期階段。

　　這些輕型農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以部分晝夜、不論天氣好壞連續(xù)工作。他們還可以收集和傳送關(guān)于田間和作物狀況，發(fā)現(xiàn)疾病或寄生蟲(chóng)和噴灑農(nóng)藥的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　通常，農(nóng)業(yè)機(jī)器人都是基于某種形式的機(jī)器人拖拉機(jī)平臺(tái)，輪式或帶式驅(qū)動(dòng)，還有許多由電池，電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。

　　根據(jù)機(jī)器人的功能，機(jī)載傳感器包括生物(包括化學(xué)和氣體分析儀)、水、氣象、土壤呼吸或水分、光合作用或葉面積指數(shù)(LAI)傳感器，以及雜草探測(cè)器、植物生長(zhǎng)測(cè)量?jī)x和濕度計(jì)。其他組件還包括攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)通信、機(jī)器人手臂、夜間照明燈、為電池充電的太陽(yáng)能電池板。

　　機(jī)器人技術(shù)的興起，加上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，意味著許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會(huì)發(fā)生根本性變化。據(jù)IDTechEx2016年報(bào)告，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，“農(nóng)場(chǎng)數(shù)據(jù)圖與機(jī)載GPS一起實(shí)現(xiàn)了可變速率農(nóng)業(yè)技術(shù)，使得農(nóng)民可以根據(jù)具體場(chǎng)所/補(bǔ)丁的需求(而不是整個(gè)農(nóng)場(chǎng))改變投入應(yīng)用率”。

　　舉個(gè)栗子，傳感器可以檢測(cè)雜草或者其他需求，機(jī)器人可以只噴灑特定區(qū)域，而不需要覆蓋所有植物。2017年底前，日本京都的一家公司將建成首個(gè)完全由機(jī)器人運(yùn)營(yíng)的農(nóng)場(chǎng)，每天生產(chǎn)3萬(wàn)棵生菜。機(jī)器人將參與從提供生菜苗，修剪和澆水到收獲和將完全種植的產(chǎn)品運(yùn)送到包裝生產(chǎn)線(xiàn)的每個(gè)增長(zhǎng)階段。該公司估計(jì)，使用機(jī)器人將降低運(yùn)營(yíng)成本約30%。

　　未來(lái)，小型拖拉機(jī)和機(jī)器人可以通過(guò)云計(jì)算方式在“群眾”中共同工作，并提供多種服務(wù)，從除草，種植和施肥到采收和包裝食品。

　　由歐盟(EU)資助的移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人集群(MARS)項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)大量能夠自行種田的小型自主機(jī)器人。這些機(jī)器人是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的電池供電，并通過(guò)基于云的數(shù)字技術(shù)控制。每個(gè)種子的精確位置可以被記錄下來(lái)并保存在云中，以后使用這些數(shù)據(jù)可以非常精確地進(jìn)行耕作或除草。

　　使用小型移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以有效減少對(duì)土壤的重壓，并可以減少使用高能耗的重型機(jī)械。

　　IEC標(biāo)準(zhǔn)支持?jǐn)?shù)十億美元的行業(yè)

　　IDTechEx在2016年9月份的報(bào)道中說(shuō)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)容量已經(jīng)達(dá)30億美元，2026年將增長(zhǎng)到120億美元。報(bào)告補(bǔ)充說(shuō)：“拖拉機(jī)牽引機(jī)器人和自主除草機(jī)器人將在增長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用”。

　　今年早些時(shí)候，都柏林的研究與市場(chǎng)公司預(yù)測(cè)，未來(lái)十年農(nóng)業(yè)機(jī)器人的銷(xiāo)售額將會(huì)更大，全球市場(chǎng)將以復(fù)合年均增長(zhǎng)率(CAGR)11.9%的速度增長(zhǎng)，到2025年，將達(dá)到286億美元。

　　多個(gè)IEC技術(shù)委員會(huì)(TC)和小組委員會(huì)(SC)的標(biāo)準(zhǔn)化工作將支持這個(gè)數(shù)十億美元的行業(yè)快速增長(zhǎng)，其中歐洲、北美、澳大利亞和新西蘭將是這些技術(shù)**大的采用者。