蘋果采摘機器人問世 雙臂協(xié)同可實現(xiàn)高效采收

新京報訊（記者周懷宗）近日，記者從西北農(nóng)林科技大學(xué)獲悉，該校機械與電子工程學(xué)院教授楊福增團隊研發(fā)的蘋果雙臂采摘機器人完成了果園實地試驗。據(jù)介紹，這是我國高校第一臺蘋果雙臂采摘機器人。

蘋果采摘機器人研究是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域的研究熱點和難點之一，涉及機械、電子、控制、人工智能等多個學(xué)科，技術(shù)門檻高、研究投入多、研發(fā)難度大。

蘋果采摘機器人的研發(fā)，最初開始于2018年。據(jù)介紹，當(dāng)年，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蘋果全程機械化科研基地建設(shè)項目和陜西省蘋果科技重大專項的支持下，楊福增從丘陵山地農(nóng)機研究團隊中分出一個課題組，開始研究蘋果采摘機器人。

2021年3月，第一臺單臂采摘機器人研發(fā)成功，當(dāng)年9月，這臺機器人首次走進白水蘋果試驗示范站。

此后，楊福增團隊對蘋果采摘機器人進行了進一步完善改進。今年亮相的這臺機器人，又增加了一支采摘手臂。它主要由底盤、處理器、控制器、深度相機和采摘手臂等組成，并與前后兩臺裝載運輸機器人一起，組成一個蘋果采摘轉(zhuǎn)運多機器人系統(tǒng)。

機器人如何完成摘蘋果的任務(wù)？楊福增介紹，首先，機器人要能瞪大“眼睛”，看得準(zhǔn)樹上的蘋果，其次“手腳”協(xié)調(diào)能夠得著蘋果，最關(guān)鍵的是“大腦”，能把“眼睛”看到的信息智能化處理，然后快速、有效地傳導(dǎo)給采摘手臂。

據(jù)不完全了解，從一張白紙上畫藍(lán)圖，到實實在在的蘋果采摘機器人實物樣機下地工作，全國高校中僅有南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)等少數(shù)幾個高校把夢想變成現(xiàn)實。

從公開文獻(xiàn)資料看，相較于世界著名的美國某大學(xué)的蘋果采摘機器人，目前西北農(nóng)大蘋果采摘機器人在多方面實現(xiàn)了趕超：一是識別時間快，美國大學(xué)是1.5秒，西北農(nóng)大為0.015秒；二是采摘方式靈巧，美國大學(xué)是拉拽分離，西北農(nóng)大為仿生旋轉(zhuǎn)拉拽，能耗��；三是采摘手臂多，該校成功創(chuàng)制了一種雙臂蘋果采摘機器人，兩臂協(xié)同，大大提高了整機的采摘效率。

楊福增教授團隊成員們調(diào)試蘋果雙臂采摘機器人系統(tǒng)。受訪者供圖

這一切是如何實現(xiàn)的？據(jù)介紹，四年來，楊福增團隊師生圍繞蘋果采摘和轉(zhuǎn)運多機器人系統(tǒng)發(fā)表高水平論文11篇，其中關(guān)于三指抓握姿態(tài)下，蘋果采摘抓得穩(wěn)、采得下的研究論文，刊登于國際頂級期刊《農(nóng)業(yè)計算機與電子》。關(guān)于我國果園特有復(fù)雜場景下，蘋果可采摘和不可采摘實時識別算法的文章，兩年內(nèi)被引頻次高達(dá)83，博士生樊攀、閆彬、毛文菊和碩士生雷小燕、王美茸、劉恒、史帥旗、秦紀(jì)鳳等脫穎而出，一支年輕有為多學(xué)科專業(yè)相融合的采摘和轉(zhuǎn)運多機器人科研小分隊正在形成。今年秋季，團隊首次牽頭，在機械與電子工程學(xué)院，為機械學(xué)科專業(yè)研究生和本科生開設(shè)了機器人相關(guān)課程。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國蘋果采摘作業(yè)約占整個生產(chǎn)過程作業(yè)量的35%、占總生產(chǎn)成本的40%。果園采摘從“梯子+籃子”的傳統(tǒng)模式邁向機器人自主協(xié)同作業(yè)方式，意義重大。

“明年我們計劃開發(fā)出四臂機器人�！睏罡Ｔ鼋淌诒硎�，團隊今后將圍繞機器人采摘的“快速、無損”持續(xù)攻關(guān)，并增加夜間采摘試驗，同時打算以關(guān)鍵技術(shù)、核心算法等科技優(yōu)勢與相關(guān)企業(yè)進行產(chǎn)學(xué)研用一體化合作，盡快讓先進實用的采摘轉(zhuǎn)運多機器人系統(tǒng)投身于蘋果產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。