“十五五”規(guī)劃綱要提出,面向生物育種、生產(chǎn)管理、疫病防治等場景加快農(nóng)業(yè)數(shù)智化升級。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,受作物特性和環(huán)境影響,水果采摘主要是靠人工來完成的。最近,科研人員研制出一款蘋果采摘機器人并投入實際驗證。機器人怎么摘蘋果?如何提高生產(chǎn)效率?記者進行了探訪。
大小娃協(xié)同
“雙胞胎”機器人“巧手”摘果
在西北農(nóng)林科技大學這個模擬果園環(huán)境的實驗室里,記者見到了這臺正在做采摘訓練的設備。它們由一大一小兩個半人形機器人組成,一人多高的身軀,共用履帶式底座,科研人員給他們?nèi)×艘粋€有趣的名字——“雙胞胎”機器人。
西北農(nóng)林科技大學教授 楊福增:高個子的叫“大娃”,它負責1.5米以上高處蘋果的采摘,旁邊低個子的叫“小娃”,負責采摘低處蘋果。
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科研人員告訴記者,“雙胞胎”機器人摘蘋果關鍵是靠安裝在頭部和機械臂上的視覺系統(tǒng)。它們就像是眼睛,能精準掃描果樹形狀、果子的色澤和大小,并立馬把這些信息傳輸給機器人的“大腦”。
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西北農(nóng)林科技大學博士生 陳重成:機器人的“大腦”根據(jù)相關的算進行識別和分析。它把哪里是蘋果樹、哪里是枝條、哪里是蘋果,甚至包括哪里是病蟲害腐蝕掉的壞蘋果進行篩選,最終確定哪個是果相比較好的蘋果,對機器人下達命令,再通過機械臂完成采摘。
在現(xiàn)場記者注意到,兩個機器人都是雙臂作業(yè),但小娃的機械臂是直方形的工業(yè)機械臂,而大娃的手臂更像人的胳膊,關節(jié)也更多、更靈活。
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西北農(nóng)林科技大學博士生 陳重成:大娃在采摘蘋果的過程中角度更多、姿態(tài)也會更多,可以繞過一部分障礙物夾住并采摘蘋果。“小娃”的機械臂的優(yōu)點就是作業(yè)空間更廣、速度更快、效率更高。
新技術解鎖“雙胞胎”機器人新技能
記者在采訪中了解到,實際果園環(huán)境比實驗室情況要復雜很多,還需要大量場景驗證。這段時間,科研人員正不斷進行技術優(yōu)化,爭取讓“雙胞胎”機器人早日投入應用。
這幾天,科研人員請來一些有多年種果經(jīng)驗的果農(nóng),讓他們在實驗現(xiàn)場摘蘋果,用專業(yè)的動作捕捉系統(tǒng),一遍遍采集摘果時的手勢、力度、運動軌跡等數(shù)據(jù),以便進一步設計、優(yōu)化機器人采摘爪的動作。
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一位配合采集數(shù)據(jù)的果農(nóng)叫炊水利,家中有8畝果園,每年能產(chǎn)4萬斤蘋果。每到采摘季,全家5口人前后要忙一個多月。如果雇人的話,人工費要占到賣果收入的三成,要是遇到刮風下雨更是犯愁。
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聽說采摘機器人平均7.5秒能完成一個單果采摘,未來如果順利投入使用,一個小時就能摘800個蘋果,炊水利滿是期待。
除了推進采摘爪的技術優(yōu)化,科研團隊還有一項重要任務——測算機器人爬坡的最大角度,并挑戰(zhàn)它跨越溝坎的極限能力。
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在一片模擬丘陵地形的實驗平臺,記者看到,在取得最大爬坡角度為15度的數(shù)據(jù)后,大伙又用鐵鍬一次次加深、加寬土溝,反復測試它的通過能力。科研人員告訴記者,他們要抓緊時間優(yōu)化,爭取在今年秋天蘋果成熟季時,讓“雙胞胎”機器人投入實際采摘中。
智能裝備組團
提升果園采收效率
陜西是果業(yè)大省,僅蘋果產(chǎn)量就占全國的約四分之一,但很多果園都分布在丘陵和溝壑地帶,大型機械無法進入,人工成本很高。今年,當?shù)丶涌煅邪l(fā)具身智能等先進裝備,提升果園采收效率。
在這片500多畝的果園里,一場立體作業(yè)的模擬演示正在進行。地面上,一輛巡檢機器人來回穿梭,除了檢查病蟲害,它在摘果期還能監(jiān)測果園里的采收細節(jié)和進度;而在不遠處,兩臺轉(zhuǎn)運機器人和采摘機器人密切配合,及時轉(zhuǎn)運著摘好的果子;在果園上空,一架無人機正在低速飛行,通過遙感相機掃描著整個地面狀況。
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西北農(nóng)林科技大學碩士生 楊清燕:它在果園上空飛行,得到果園的道路情況和果實成熟情況,將這些信息反饋給云平臺,可以對采收機器人、轉(zhuǎn)運機器人進行任務分配和路徑規(guī)劃,實現(xiàn)高效空地協(xié)同作業(yè)。
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目前,陜西正加快推廣智能育種、數(shù)字孿生果園、丘陵山區(qū)專用智能裝備,通過全鏈條大數(shù)據(jù)管控、綠色低碳生產(chǎn)等新技術,擴大智慧果園覆蓋面積,推動技術向小規(guī)模果園下沉,持續(xù)提升果園綜合生產(chǎn)能力。
(總臺記者 王琰 陳鈺潔 李紅剛 李志 陜西臺)
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