Autonomous Robotic Pruning in Orchards and Vineyards: a Review

要約

手動剪定は労働集約的であり、特に運用上の課題とコストの制約が大規模な機械の採用を制限するリンゴの果樹園やブドウ園では、果物生産における年間人件費の最大25％を表しています。
これに応じて、増え続ける研究は、特に従来の機械化が不足している場合、さまざまな地形で正確に剪定できるコンパクトで柔軟なロボットプラットフォームを調査しています。
このペーパーでは、果樹園とブドウ園の自律的なロボット剪定における最近の進歩をレビューし、精密な農業における重要なニーズに対処しています。
私たちのレビューでは、2014年から2024年の間に公開された文献を調べ、主要なシステムコンポーネント全体の革新的な貢献に焦点を当てています。
マシンビジョン、知覚、植物の骨格化、および制御戦略の最近の開発に特に注意が払われています。これは、人工知能と機械学習の進歩から大きな影響を与えた分野です。
この分析は、これらの技術的傾向を、人件費の上昇、若い農民の数の減少、リンゴ、グレープバイン、桜などのさまざまな果物の多様な剪定要件など、より広範な農業の課題の中に位置付けられています。
さまざまなロボットアーキテクチャと方法論を比較することにより、この調査では、自律的な剪定に向けた進捗を強調するだけでなく、重要な開かれた課題と将来の研究の方向性を特定します。
この調査結果は、マニュアルと機械化された操作のギャップを埋めるロボットシステムの可能性を強調し、より効率的で持続可能な、正確な農業慣行のための道を開いています。

要約(オリジナル)

Manual pruning is labor intensive and represents up to 25% of annual labor costs in fruit production, notably in apple orchards and vineyards where operational challenges and cost constraints limit the adoption of large-scale machinery. In response, a growing body of research is investigating compact, flexible robotic platforms capable of precise pruning in varied terrains, particularly where traditional mechanization falls short. This paper reviews recent advances in autonomous robotic pruning for orchards and vineyards, addressing a critical need in precision agriculture. Our review examines literature published between 2014 and 2024, focusing on innovative contributions across key system components. Special attention is given to recent developments in machine vision, perception, plant skeletonization, and control strategies, areas that have experienced significant influence from advancements in artificial intelligence and machine learning. The analysis situates these technological trends within broader agricultural challenges, including rising labor costs, a decline in the number of young farmers, and the diverse pruning requirements of different fruit species such as apple, grapevine, and cherry trees. By comparing various robotic architectures and methodologies, this survey not only highlights the progress made toward autonomous pruning but also identifies critical open challenges and future research directions. The findings underscore the potential of robotic systems to bridge the gap between manual and mechanized operations, paving the way for more efficient, sustainable, and precise agricultural practices.

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