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美國400馬力純電拖拉機，一次充電后運行時(shí)間超出你的想象

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

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

　　無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)和機器人技術(shù)的進(jìn)步正逐漸轉移到工業(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、機器人和無(wú)人機的使用日益增加，將大大提高農場(chǎng)的生產(chǎn)效率，改變食品的生產(chǎn)方式。

　　雖然農業(yè)機器人的一些技術(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(jìn)農業(yè)機器人技術(shù)應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(cháng)的人口生產(chǎn)更多的糧食，而由于氣候變化，許多地區的作物產(chǎn)量下降。

　　拖拉機的電動(dòng)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場(chǎng)中根據預先規劃的路線(xiàn)行走。目前大多數高端拖拉機都配備無(wú)人駕駛技術(shù)，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)合收割機在規劃定位的30cm之內運行，可以增加農田的作物，提高每畝地的生產(chǎn)力。根據市場(chǎng)研究公司IDTechEx的報告，2016年，配備自動(dòng)駕駛和導航的拖拉機共銷(xiāo)售30多萬(wàn)臺。

　　領(lǐng)先的歐洲和美國農業(yè)機械公司已經(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)。原始傳感器數據可用于創(chuàng )建室內和室外環(huán)境的精確地形圖，而車(chē)載攝像機通過(guò)檢測和避免靜止或移動(dòng)障礙物來(lái)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(shù)委員會(huì )(TC)和小組委員會(huì )(SC)的標準化工作有助于提高無(wú)人駕駛拖拉機和其他自主農業(yè)機械中使用的攝像機和感測技術(shù)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，使制造商能夠構建更可靠和高效的傳感器和微機電系統(MEMS)，IEC TC 56：可靠性，涵蓋電子元件和設備的可靠性。

　　無(wú)人駕駛技術(shù)將使得農機可以24小時(shí)不間斷地進(jìn)行播種、種植和耕作等工作。這樣，農民能夠解決農業(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)人駕駛拖拉機之所以沒(méi)有大規模市場(chǎng)引入，主要原因在于無(wú)監管，傳感器成本高企，以及農民缺乏信任，而不是技術(shù)問(wèn)題。

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

　　在過(guò)渡到全電動(dòng)拖拉機之前，有套件可以將柴油機轉換成混動(dòng)機。此外，用四個(gè)電動(dòng)輪馬達代替變速器，差速器和車(chē)軸的動(dòng)力傳動(dòng)系統可以精確控制驅動(dòng)輪胎。

　　商用電動(dòng)農用車(chē)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、傳感器、電機和電池的國際標準。

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

　　由于許多小型農業(yè)機器人車(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備國際標準。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)拖拉機比電動(dòng)汽車(chē)需要更大的動(dòng)力，但五年后當它們投入商業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，拖拉機電池的體積、持久力和成本都應該得到改善。

　　據英國農民聯(lián)盟2017年2月的報告，2020年初英國農場(chǎng)將同時(shí)使用油電混合動(dòng)力和電池電動(dòng)拖拉機。該報告預計，在不久的將來(lái)，自主和傳統的機器將配合使用，電動(dòng)農用車(chē)將可以用太陽(yáng)能充電，也能接入電力系統充電。

　　小型農業(yè)機器人讓精準農業(yè)成為現實(shí)

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

　　農業(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(jìn)入商業(yè)試用階段，蘋(píng)果采摘機器人也已進(jìn)入原型的后期階段。

　　這些輕型農業(yè)機器人可以部分晝夜、不論天氣好壞連續工作。他們還可以收集和傳送關(guān)于田間和作物狀況，發(fā)現疾病或寄生蟲(chóng)和噴灑農藥的實(shí)時(shí)數據。

　　通常，農業(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(dòng)，還有許多由電池，電動(dòng)機和傳動(dòng)系統驅動(dòng)。

　　根據機器人的功能，機載傳感器包括生物(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(LAI)傳感器，以及雜草探測器、植物生長(cháng)測量?jì)x和濕度計。其他組件還包括攝像機、無(wú)線(xiàn)通信、機器人手臂、夜間照明燈、為電池充電的太陽(yáng)能電池板。

　　機器人技術(shù)的興起，加上精準農業(yè)的發(fā)展，意味著(zhù)許多農業(yè)生產(chǎn)將會(huì )發(fā)生根本性變化。據IDTechEx2016年報告，在精準農業(yè)領(lǐng)域，“農場(chǎng)數據圖與機載GPS一起實(shí)現了可變速率農業(yè)技術(shù)，使得農民可以根據具體場(chǎng)所/補丁的需求(而不是整個(gè)農場(chǎng))改變投入應用率”。

　　舉個(gè)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)完全由機器人運營(yíng)的農場(chǎng)，每天生產(chǎn)3萬(wàn)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(xiàn)的每個(gè)增長(cháng)階段。該公司估計，使用機器人將降低運營(yíng)成本約30%。

　　未來(lái)，小型拖拉機和機器人可以通過(guò)云計算方式在“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)農業(yè)機器人集群(MARS)項目正在開(kāi)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(dòng)驅動(dòng)的電池供電，并通過(guò)基于云的數字技術(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，以后使用這些數據可以非常精確地進(jìn)行耕作或除草。

　　使用小型移動(dòng)農業(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。