美國400馬力純電拖拉機，一次充電后運行時間超出你的想象

作者：中國農(nóng)機化導報本站發(fā)布時間：2017年07月20日收藏

　　機器人已經(jīng)發(fā)展的如火如荼，農(nóng)業(yè)機器人領域的研究也進行得熱火朝天，然后真正大規(guī)模投入應用的農(nóng)業(yè)機器人卻依然非常少見，但可以預見的是，不久的將來，將有一大波機器人從實驗室走向田間地頭，英國哈珀亞當斯大學教授Simon Blackmore預測，20年內(nèi)，機器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　無人駕駛汽車技術和機器人技術的進步正逐漸轉移到工業(yè)和商用汽車上，大約占電動汽車市場市值的6成左右。

　　在農(nóng)業(yè)領域，未來十年，自主混合動力或全電動拖拉機、機器人和無人機的使用日益增加，將大大提高農(nóng)場的生產(chǎn)效率，改變食品的生產(chǎn)方式。

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

　　促進農(nóng)業(yè)機器人技術應用的因素包括提高生產(chǎn)率和效率，降低無人駕駛技術成本，降低農(nóng)業(yè)勞動力的可用性和成本提高，以及需要為全球不斷增長的人口生產(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。

　　拖拉機的電動化

　　大約20多年前，配備GPS輔助設備的拖拉機就可以在大型農(nóng)場中根據(jù)預先規(guī)劃的路線行走。目前大多數(shù)高端拖拉機都配備無人駕駛技術，并與聯(lián)合收割機兼容。利用GPS，操作員可以引導拖拉機及聯(lián)合收割機在規(guī)劃定位的30cm之內(nèi)運行，可以增加農(nóng)田的作物，提高每畝地的生產(chǎn)力。根據(jù)市場研究公司IDTechEx的報告，2016年，配備自動駕駛和導航的拖拉機共銷售30多萬臺。

　　領先的歐洲和美國農(nóng)業(yè)機械公司已經(jīng)推出了完全自主的無人駕駛和無牽引車的原型車，配備GPS導航轉向和傳感器，包括雷達，激光和光成像，檢測和測距(激光雷達)。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，而車載攝像機通過檢測和避免靜止或移動障礙物來提高安全性。自主拖拉機也可以與其他有人駕駛的機器一起工作。

　　許多IEC技術委員會(TC)和小組委員會(SC)的標準化工作有助于提高無人駕駛拖拉機和其他自主農(nóng)業(yè)機械中使用的攝像機和感測技術的性能。下面是一系列國際標準，IEC TC 47：半導體器件，IEC SC 47E：分立半導體器件，IEC SC 47F：微機電系統(tǒng)，使制造商能夠構建更可靠和高效的傳感器和微機電系統(tǒng)(MEMS)，IEC TC 56：可靠性，涵蓋電子元件和設備的可靠性。

　　無人駕駛技術將使得農(nóng)機可以24小時不間斷地進行播種、種植和耕作等工作。這樣，農(nóng)民能夠解決農(nóng)業(yè)勞動力短缺的問題，同時提高生產(chǎn)力和效率。IDTechEx指出，無人駕駛拖拉機之所以沒有大規(guī)模市場引入，主要原因在于無監(jiān)管，傳感器成本高企，以及農(nóng)民缺乏信任，而不是技術問題。

　　拖拉機也正在向電動過渡。美國領先的制造商今年早些時候推出的全電動拖拉機原型配備兩臺獨立的150 kW電動機，總功率達到300 kW(402馬力)。它由一個130 kWh的電池組供電，充電三小時后可以運行四小時。

　　在過渡到全電動拖拉機之前，有套件可以將柴油機轉換成混動機。此外，用四個電動輪馬達代替變速器，差速器和車軸的動力傳動系統(tǒng)可以精確控制驅動輪胎。

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

　　多個IEC技術委員會(TC)和小組委員會(SC)制定了電動自主車輛中無人駕駛技術使用的電子系統(tǒng)、傳感器、電機和電池的國際標準。

　　IEC TC 69：電動道路車輛和電動工業(yè)卡車，為電機和電機控制器，車載電力存儲系統(tǒng)，電源和充電器準備標準。

　　由于許多小型農(nóng)業(yè)機器人車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，為所有二次電池和電池準備國際標準。它們涵蓋電動汽車中使用的電池的安全安裝原理，性能，尺寸和標簽。這些電池可以是許多不同的技術類型，包括鉛酸，鋰離子，鎳金屬氫化物和磷酸鐵鋰。

　　雖然電動拖拉機比電動汽車需要更大的動力，但五年后當它們投入商業(yè)生產(chǎn)的時候，拖拉機電池的體積、持久力和成本都應該得到改善。

　　據(jù)英國農(nóng)民聯(lián)盟2017年2月的報告，2020年初英國農(nóng)場將同時使用油電混合動力和電池電動拖拉機。該報告預計，在不久的將來，自主和傳統(tǒng)的機器將配合使用，電動農(nóng)用車將可以用太陽能充電，也能接入電力系統(tǒng)充電。

　　小型農(nóng)業(yè)機器人讓精準農(nóng)業(yè)成為現(xiàn)實

　　英國哈珀亞當斯大學工程主管，國家精細農(nóng)業(yè)中心主任(NCPF)Simon Blackmore教授表示，大型拖拉機在大型農(nóng)場里效率更高，而小型電動移動機器人為中小型農(nóng)場提高生產(chǎn)率帶來了更大可能。他預測，“20年內(nèi)，機器人將徹底變革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。”

　　農(nóng)業(yè)機器人已經(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。部分草莓采摘機器人已經(jīng)進入商業(yè)試用階段，蘋果采摘機器人也已進入原型的后期階段。

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

　　通常，農(nóng)業(yè)機器人都是基于某種形式的機器人拖拉機平臺，輪式或帶式驅動，還有許多由電池，電動機和傳動系統(tǒng)驅動。

　　根據(jù)機器人的功能，機載傳感器包括生物(包括化學和氣體分析儀)、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，以及雜草探測器、植物生長測量儀和濕度計。其他組件還包括攝像機、無線通信、機器人手臂、夜間照明燈、為電池充電的太陽能電池板。

　　機器人技術的興起，加上精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展，意味著許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將會發(fā)生根本性變化。據(jù)IDTechEx2016年報告，在精準農(nóng)業(yè)領域，“農(nóng)場數(shù)據(jù)圖與機載GPS一起實現(xiàn)了可變速率農(nóng)業(yè)技術，使得農(nóng)民可以根據(jù)具體場所/補丁的需求(而不是整個農(nóng)場)改變投入應用率”。

　　舉個栗子，傳感器可以檢測雜草或者其他需求，機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完全由機器人運營的農(nóng)場，每天生產(chǎn)3萬棵生菜。機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)品運送到包裝生產(chǎn)線的每個增長階段。該公司估計，使用機器人將降低運營成本約30%。

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

　　由歐盟(EU)資助的移動農(nóng)業(yè)機器人集群(MARS)項目正在開發(fā)大量能夠自行種田的小型自主機器人。這些機器人是電動驅動的電池供電，并通過基于云的數(shù)字技術控制。每個種子的精確位置可以被記錄下來并保存在云中，以后使用這些數(shù)據(jù)可以非常精確地進行耕作或除草。

　　使用小型移動農(nóng)業(yè)機器人可以有效減少對土壤的重壓，并可以減少使用高能耗的重型機械。