作者:靳军 严涛 来源:中国科学报 发布时间:2022/11/16 10:23:41
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西农大“智造”全国高校首台苹果双臂采摘机器人


杨福增教授(左二)和团队成员在探讨机器人手臂抓取苹果的技巧

 杨福增教授团队成员们正在学校白水苹果试验示范站调试苹果双臂采摘机器人系统(图片均由西北农林科技大学 提供)

近日,西北农林科技大学(简称西农)机械与电子工程学院杨福增教授团队研发的苹果双臂采摘机器人完成了果园实地试验,从学校白水苹果试验示范站返回。从目前的报道看,这是全国高校第一台苹果双臂采摘机器人。

苹果采摘机器人研究是国内外农业机器人领域的研究热点和难点之一,涉及机械、电子、控制、人工智能等多个学科,技术门槛高、研发难度大。2018年,在农业农村部苹果全程机械化科研基地建设项目和陕西省苹果科技重大专项的支持下,杨福增教授从丘陵山地农机研究团队中分出一个课题组,开始研究苹果采摘机器人,到2021年3月就研发出第一台单臂采摘机器人,当年9月,这台机器人首次走进白水苹果试验示范站。

今年亮相的这台机器人是在原来的基础上进一步完善,又增加了一支采摘手臂。它主要由底盘、处理器、控制器、深度相机和采摘手臂等组成,并与前后两台装载运输机器人一起组成一个苹果采摘转运多机器人系统。

机器人首先要能瞪大“眼睛”看得准树上的苹果,其次“手脚”协调能够得着苹果,最关键的是“大脑”能把“眼睛”看到的信息智能化处理后快速、有效地传导给采摘手。据不完全了解,从一张白纸上画蓝图,到实实在在的苹果采摘机器人实物样机下地工作,全国高校中仅有南京农业大学、江苏大学等少数几个高校把梦想变成现实。

从公开文献资料看,相较于美国华盛顿州立大学的苹果采摘机器人,目前西农苹果采摘机器人在多方面实现了赶超:一是识别时间快,华盛顿州立大学是1.5秒,该校为0.015秒;二是采摘方式灵巧,华盛顿州立大学是拉拽分离,该校为仿生旋转拉拽,能耗小;三是采摘手臂多,该校成功创制了一种双臂苹果采摘机器人,两臂协同,大大提高了整机采摘效率。

四年来,杨福增教授团队师生围绕苹果采摘转运多机器人系统发表高水平论文11篇,其中关于三指抓握姿态下苹果采摘抓得稳、采得下的研究论文刊登于国际顶级期刊《农业计算机与电子》,关于我国果园特有复杂场景下苹果可采摘和不可采摘实时识别算法的文章两年内被引频次高达79,博士生樊攀、闫彬、毛文菊和硕士生雷小燕、王美茸、刘恒、史帅旗、秦纪凤等脱颖而出,一支年轻有为多学科专业相融合的采摘转运多机器人科研小分队正在形成。今年秋季,团队首次牵头在机械与电子工程学院为机械学科专业研究生和本科生开设了机器人相关课程。

据不完全统计,我国苹果采摘作业约占整个生产过程作业量的40%、占总生产成本的50%~70%。果园采摘从“梯子+篮子”的传统模式迈向机器人自主协同作业方式,意义重大。

“明年我们计划搞出四臂机器人。”杨福增教授表示,团队今后将围绕机器人采摘的“快速、无损”持续攻关,并增加夜间采摘试验,同时以关键技术、算法等科技优势与相关企业进行产学研用一体化合作,尽快让先进实用的采摘转运多机器人系统投身于苹果产业高效发展。

 
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