2020年农业机器人发展情况
一、概念及范畴
1.定义
农业机器人是指用于农业领域的机器人，即用在农业领域中的一种可编程和多功能的操作机，或是为了执行不同的任务而可用计算机改变和可编程的专门系统，可以由不同程序软件控制，能适应各种农业作业环境的新一代无人自动操作机械。
2.特点
同工业机器人相比，农业机器人具有四大特点：
（1）作业的季节性。由于农业机器人大都针对农业生产某一环节，功能单一，因此，农业机器人的使用具有较强的季节性，利用率较低，从而增加了农业机器人使用成本。
（2）作业环境的复杂性。由于农业生产环境多变且无法预知，农业机器人无法同工业机器人一样具有比较固定的作业环境。因此，农业机器人需具有适应不同环境的能力，并且能够在不同环境中智能地完成任务。
（3）作业对象的娇嫩性和复杂性。由于农作物的娇嫩性与复杂性，农业机器人在完成任务时，必须能适应形状复杂、大小迥异的农作物变化情况，并且需对农作物进行柔性处理。
（4）使用者的特殊性。农业机器人的使用者是农民。一方面，农业机器人必须操作简单、可靠。另一方面，由于农业生产总体利润不高，因此，农业机器人的价格不能超出一般农民的承受能力。
3.分类
目前研发出的农业机器人有两种分类方法。
（1）根据解决问题的侧重点不同，农业机器人大致可以分为两类：一类是行走系列农业机器人，主要用于在大面积农田中进行作业；另一类是机械手系列机器，主要用于在温室或植物工场中进行作业。农业机器人分类与功能简介见表1。
表1 农业机器人分类与功能简介
（2）根据工作内容不同，农业机器人可分为设施农业机器人、大田生产机器人和农产品加工机器人三类。设施农业机器人包括蔬菜嫁接机器人、花卉插枝机器人、果蔬收获机器人、植物工厂机器人等；大田生产机器人包括播种机器人、植保机器人、收获机器人等；农产品加工机器人包括肉类加工机器人、挤奶机器人、剪毛机器人等。
二、行业现状
农业机器人是推动农林业现代化的关键技术装备，随着设施农业、精准农业等新型农业的出现，计算机、传感器和自动化技术越来越多地被应用于农林业生产中，我国作为农林业大国，自然也不例外。
经过50多年的研究与发展，农林业收获装备经历了从半自动化的采摘机械到全自动化的采摘机器人的演变过程。20世纪90年代中期，我国开始农业机器人的技术研发。随着工业化、城镇化和现代化的快速发展，我国农业机器人的研发范围逐步扩大，包括耕作机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收获机器人、采摘机器人等方面。目前，全世界已经有三类农业机器人实现了大规模的商业化应用，分别是无人驾驶拖拉机、挤奶机器人和农业无人机。挤奶机器人在欧洲养殖业应用广泛，而农业无人机则以我国的深圳大疆创新科技有限公司和广州极飞科技股份有限公司等企业的产品为代表。
尽管我国机器人技术与发达国家相比差距明显，农用机器人的技术差距更大，但随着我国科技和经济的快速发展，尤其是国家不断加大对农业机械化发展扶持力度，我国农业机械化事业进入了前所未有的良好发展时期，这也为农业机器人提供了良好发展机遇。农业机器人技术的先进性和先导性决定了其必将成为未来我国农业技术装备研发的重要内容之一。
1.农业机器人市场规模
数据显示，我国农业机器人市场规模2014年为0.91亿元，2019年增长至4.97亿元，2014年以来的复合增长率为40.43%。2014—2019年我国农业机器人市场规模走势见图1。
图1 2014—2019年我国农业机器人市场规模走势
注：数据来源于智研咨询。
从细分市场规模来看，2019年国内行走系列农业机器人市场规模为3.85亿元，同比增长25.41%；机器手系列机器人及其他农业机器人市场规模为1.12亿元，同比增长31.76%。2014—2019年我国农业机器人细分市场规模情况见图2。
图2 2014—2019年我国农业机器人细分市场规模情况
注：数据来源于智研咨询。
2.农业机器人产量
近年来，我国农业机器人产量快速增长，从2014年的2000台增长到了2019年的17000台。2014—2019年我国农业机器人产量情况见图3。
图3 2014—2019年我国农业机器人产量情况
注：数据来源于智研咨询。
3.农业机器人需求量
与国外相比，我国农业机器人的研究与开发尚处于起步阶段。我国大力推动农业机械化发展为农业机器人创造了非常可观的市场需求。数据显示，2019年我国农业机器人需求量为17273台，同比增长32.42%。2014—2019年我国农业机器人需求情况见图4。
图4 2014—2019年我国农业机器人需求情况
注：数据来源于智研咨询。
从细分产品需求来看，2019年我国行走系列农业机器人需求量为15098台，机械手系列农业机器人及其他农业机器人需求量为2175台。2014—2019年我国农业机器人应用市场需求结构见图5。
图5 2014—2019年我国农业机器人应用市场需求结构
注：数据来源于智研咨询。
4.农业机器人价格走势
近年来，随着我国农业机器人技术的不断进步，农业机器人产量不断增加，产品价格呈下降趋势。数据显示，2019年我国行走系列农业机器人均价为2.55万元/台，机器手系列农业机器人及其他农业机器人均价为5.15万元/台。2014—2019年我国农业机器人细分产品价格走势见图6。
图6 2014—2019年我国农业机器人细分产品价格走势
注：数据来源于智研咨询。
三、技术成果
目前，全球农业机器人的专利申请量已超过1万件。1940年农业机器人开始首件专利申请；1940—1981年是农业机器人领域专利申请的萌芽期，专利申请量较少；1982—1999年是农业机器人领域专利申请的缓慢增长期，专利申请量开始逐年缓慢增长；自2000年起专利申请量开始飞速增长；至2016年专利申请量持续攀升。由农业机器人专利申请的变化趋势可以看出，农业机器人为目前较热的技术领域。
在全球范围内，我国是农业机器人专利申请量最多的国家，美国在本领域的专利申请量全球排名第二，韩国排名第三，日本排名第四，德国排名第五。农业机器人专利全球地域颁布情况见表2。
表2 农业机器人专利全球地域分布情况
注：资料来源于《智能农机传感器和机器人专利分析》，农业工程，2018年11期。
四、前景预测
应用农业机器人提高资源利用率和农业产出率，提高经济效益是现代农业发展的必然趋势。据预测，到2025年全球农业机器人市场规模将达到206亿美元，年复合增长率约22.8%。
随着“中国制造2025”的实施，我国已经全面推行制造强国战略，农机装备作为其中一个重要领域，发展高端农业机器人装备是当前及以后相当长一段时间的一项重要任务。预计到2026年我国农业机器人市场规模将达到10.44亿元。2020—2026年我国农业机器人市场规模预测见图7。
图7 2020—2026年我国农业机器人市场规模预测
注：数据来源于智研咨询。
从技术发展来看，在未来较长一段时期内，农业机器人大致有以下三个发展趋势，即实现最佳作业方法，结构更加简单、价格更为合理，以及用途日益广泛。农业机器人发展趋势见表3。
表3 农业机器人发展趋势
注：资料来源于前瞻产业研究院《服务机器人行业分析报告》。
具体来说，主要有以下两方面的发展方向：
（1）开放式的结构及控制系统。目前的农业机器人根据其要实现的功能，大都采用专用执行机构及专用的控制系统，构成一个封闭式结构。这样的农业机器人具有特定的功能、适应于特定的环境，无法通过更换执行机构、增加传感器等功能模块进行功能扩充。比如，把草莓采摘机器人功能扩充到苹果采摘机器人，在目前封闭式结构下工作量基本等同于重新设计与开发。因此，通过研究与设计开放式的结构及控制系统，农业机器人将不仅具有良好的扩展性、通用性，还将具有柔性作业的能力，这样无疑可以缩短农业机器人的开发周期，降低生产成本，提高利用率及性价比，从而达到促进推广使用的目的。
（2）农业生产标准化研究与机器人技术研究紧密结合。我国地域辽阔，地理条件千差万别，不同区域农业生产环境变化较大，对开发农业机器人的技术要求不统一，给农业机器人的研发带来巨大挑战。因此，农业生产的标准化可以有效地推动农业机器人的发展与应用。另外，农业机器人技术研究不仅包括自动化控制、人工智能、机械制造等多个学科，更应包括农学。这样，农学与机器人学科才能相互促进、共同发展，农业机器人在功能上才能更符合农业生产需求。
总之，未来农业机器人将向更简单易用、更智能的方向发展。
〔撰稿人：上海机器人产业技术研究院廖霞〕