蘋果采摘機(jī)器人問世 雙臂協(xié)同可實(shí)現(xiàn)高效采收

新京報(bào)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(jī)械與電子工程學(xué)院教授楊福增團(tuán)隊(duì)研發(fā)的蘋果雙臂采摘機(jī)器人完成了果園實(shí)地試驗(yàn)。據(jù)介紹，這是我國高校第一臺(tái)蘋果雙臂采摘機(jī)器人。

蘋果采摘機(jī)器人研究是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，涉及機(jī)械、電子、控制、人工智能等多個(gè)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(jī)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(jī)械化科研基地建設(shè)項(xiàng)目和陜西省蘋果科技重大專項(xiàng)的支持下，楊福增從丘陵山地農(nóng)機(jī)研究團(tuán)隊(duì)中分出一個(gè)課題組，開始研究蘋果采摘機(jī)器人。

2021年3月，第一臺(tái)單臂采摘機(jī)器人研發(fā)成功，當(dāng)年9月，這臺(tái)機(jī)器人首次走進(jìn)白水蘋果試驗(yàn)示范站。

此后，楊福增團(tuán)隊(duì)對(duì)蘋果采摘機(jī)器人進(jìn)行了進(jìn)一步完善改進(jìn)。今年亮相的這臺(tái)機(jī)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(jī)和采摘手臂等組成，并與前后兩臺(tái)裝載運(yùn)輸機(jī)器人一起，組成一個(gè)蘋果采摘轉(zhuǎn)運(yùn)多機(jī)器人系統(tǒng)。

機(jī)器人如何完成摘蘋果的任務(wù)？楊福增介紹，首先，機(jī)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(shí)實(shí)在在的蘋果采摘機(jī)器人實(shí)物樣機(jī)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(gè)高校把夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。

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(jī)器人，目前西北農(nóng)大蘋果采摘機(jī)器人在多方面實(shí)現(xiàn)了趕超：一是識(shí)別時(shí)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，能耗小；三是采摘手臂多，該校成功創(chuàng)制了一種雙臂蘋果采摘機(jī)器人，兩臂協(xié)同，大大提高了整機(jī)的采摘效率。

楊福增教授團(tuán)隊(duì)成員們調(diào)試蘋果雙臂采摘機(jī)器人系統(tǒng)。受訪者供圖

這一切是如何實(shí)現(xiàn)的？據(jù)介紹，四年來，楊福增團(tuán)隊(duì)師生圍繞蘋果采摘和轉(zhuǎn)運(yùn)多機(jī)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(jí)期刊《農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)與電子》。關(guān)于我國果園特有復(fù)雜場(chǎng)景下，蘋果可采摘和不可采摘實(shí)時(shí)識(shí)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(yùn)多機(jī)器人科研小分隊(duì)正在形成。今年秋季，團(tuán)隊(duì)首次牽頭，在機(jī)械與電子工程學(xué)院，為機(jī)械學(xué)科專業(yè)研究生和本科生開設(shè)了機(jī)器人相關(guān)課程。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國蘋果采摘作業(yè)約占整個(gè)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(jī)器人自主協(xié)同作業(yè)方式，意義重大。

“明年我們計(jì)劃開發(fā)出四臂機(jī)器人。”楊福增教授表示，團(tuán)隊(duì)今后將圍繞機(jī)器人采摘的“快速、無損”持續(xù)攻關(guān)，并增加夜間采摘試驗(yàn)，同時(shí)打算以關(guān)鍵技術(shù)、核心算法等科技優(yōu)勢(shì)與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研用一體化合作，盡快讓先進(jìn)實(shí)用的采摘轉(zhuǎn)運(yùn)多機(jī)器人系統(tǒng)投身于蘋果產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。