设施农业机器人和大田农业机器人同属于农业机器人。日本农业机器人发展史可以总结为四个阶段
[7],如
图1所示。Agri-robot I 阶段始于20世纪80年代,当时主要是引入成熟的工业机器人加以改造后完成设施农业的自动化作业,此阶段的代表为嫁接机器人
[8],经过前期研发,后期企业大量参与并开发出产品
[9]。设施农业机器人第二阶段Agri-robot II约从1992年开始,经过前期的研发引入工业机器人进行采收作业
[10],然而工业机器人不能考虑到设施农业生产过程的特殊性,所以需要根据特定作业条件并结合农艺要求进行研发。这个阶段大量采收机器人研制成功并投入试验当中,替代设施农业作业中费事费力的人工采收工作。随着传感器技术尤其是近红外检测技术的发展
[11,12],更加精准的农产品品质数据可以通过无损检测方式获得,随即日本设施农业机器人进入第三阶段,即Agri-robot III。这个阶段涌现出以Shibuya精工和近江度量衡等企业开发的柑橘分拣分级系统为代表的果蔬分级系统,可根据果蔬的外观和糖度等品质信息将果蔬逐个分级筛选。第四阶段Agri-robot IV始于2013年前后,随着高精度卫星导航系统、人工智能(Artificial Intelligence,AI),物联网技术(Internet of Things,IoT)和信息与通信技术(Information and Communication Technology,ICT)的发展,智慧农业开始逐步推广应用。实时动态载波相位差分技术(Real-Time Kinematic,RTK)结合GNSS使定位精度可以达到2 cm,保证了农业机器人在有充足卫星信号的情况下,可以完成高精度的田间作业。以久保田株式会社
[13]、洋马控股株式会社
[14]、井关农机株式会社
[15]为首的农机企业面向大田农业机器人相继开发销售无人或少人系统的农业智能装备。IoT和ICT使农民足不出户就可以全程监测大田农业机器人的作业情况,如洋马控股株式会社推出的智能辅助系统Smart Assist
[16],通过配备全球定位系统(Global Positioning System,GPS)天线和通信终端的农业机械传输的操作信息监控大田农业机器人作业并提高效率,通过位置信息和数据分析实现农业生产管理可视化,农民可以通过手机终端了解大田农业机器人运行和作物的种植状况等。