在农业数智化升级的浪潮中,果园里的劳作场景正悄然发生着改变。传统的苹果采摘,果农们顶着烈日、踩着梯子,一颗一颗地将果实从枝头摘下,耗时耗力。如今,一支来自西北的科研团队,用一台名为“双胞胎”的苹果采摘机器人,向这一延续了千百年的劳作方式发起了挑战。这款由一大一小两个半人形机器人组成的智能装备,共用履带式底座,高个子负责高处果实,矮个子专攻低处采摘,平均7.5秒就能摘下一颗苹果,目前已进入实际验证阶段。
大小搭配,采摘不累
走进模拟果园环境的实验室,这台正在做采摘训练的“双胞胎”机器人格外引人注目。科研人员给这对“兄弟”起了两个接地气的名字——“大娃”和“小娃”。“大娃”身高臂长,专门负责1.5米以上高处的苹果;“小娃”则主攻低处果实,兄弟俩默契配合,将整棵果树上的苹果尽收囊中。
这套“双胞胎”系统最精妙之处在于双臂协同作业。两台机器人各自拥有两条机械臂,但设计理念截然不同。“小娃”配备的是直方形工业机械臂,作业空间广、动作速度快,适合处理低处较为规整的采摘任务;而“大娃”的手臂更接近人类胳膊的构造,关节更多、姿态更灵活,能够绕开枝叶遮挡,从刁钻的角度完成高处果实的采摘。这种“快慢结合、刚柔并济”的设计思路,让机器人既能保证效率,又能应对复杂场景。
看懂果实,精准出手
机器人摘苹果,关键靠一双“慧眼”。安装在机器人和机械臂上的视觉系统,如同两只敏锐的眼睛,能够精准扫描果树形态、果实色泽和大小,并将信息实时传输给机器人的“大脑”。这套视觉系统不仅能识别哪是苹果、哪是枝条,还能筛掉被病虫害侵蚀的坏果,只挑选品相完好的果实下手。
从“看见”到“摘取”,整个过程涉及复杂的算法运算。机器人的“大脑”完成识别分析后,向机械臂下达指令,控制采摘爪以恰当的角度和力度完成抓取。与国外同类技术相比,这套系统在识别速度上实现了显著提升——美国华盛顿州立大学的苹果采摘机器人识别一颗苹果需要1.5秒,而这款“双胞胎”机器人的识别时间缩短至0.015秒。在采摘方式上,国外技术多采用拉拽分离,而团队研发的仿生旋转拉拽技术能耗更低、对果实的损伤也更小。
从实验室到果园,跨越最后一道坎
实验室里的精准表现,并不代表在真实果园中同样游刃有余。实际果园环境远比模拟场景复杂——光照变化、枝叶遮挡、地形起伏,都对机器人的稳定作业构成挑战。这段时间,科研团队正紧锣密鼓地进行技术优化,争取在今年秋天苹果成熟季让“双胞胎”机器人真正走进果园。
为了让机器人的采摘动作更接近人类,团队请来了一些有着多年种果经验的果农。在实验现场,果农们戴上专业的动作捕捉系统,一遍遍地演示摘果时的手势、力度和运动轨迹。这些数据被一一采集,用于优化机器人采摘爪的动作设计。一位来自陕西的果农家中种了8亩苹果,每年产果4万斤。每到采摘季,全家5口人要忙活一个多月,如果雇人,人工费要占到卖果收入的三成。听说机器人一小时能摘800个苹果,这位果农眼里满是期待。
除了优化采摘动作,团队还在测试机器人的“越野能力”。在模拟丘陵地形的实验平台上,科研人员用铁锹一次次加深、加宽土沟,反复测试履带底盘的通过能力。最终测得的最大爬坡角度为15度,这意味着机器人能够适应多数丘陵果园的地形条件。
智慧装备“组队”作业
在陕西这片苹果产量占全国约四分之一的果业大省,许多果园分布在丘陵沟壑地带,大型机械难以进入,人工成本居高不下。面对这一现实难题,单一的采摘机器人还不够,一套完整的智慧装备体系正在成形。
在一处500多亩的果园里,一场立体的智慧作业演示正在进行。地面上,巡检机器人来回穿梭,监测病虫害和采收进度;不远处,两台转运机器人与采摘机器人密切配合,及时将摘下的果子运走;果园上空,一架无人机低速飞行,通过遥感相机扫描果园道路和果实成熟情况,将信息反馈给云平台,为采收机器人和转运机器人进行任务分配和路径规划。空地协同、分工明确,整个采收链条被打通。
从双臂到四臂,采摘机器人的进化之路
回顾这台“双胞胎”机器人的研发历程,并非一蹴而就。2018年,团队开始涉足苹果采摘机器人研究领域;2021年3月,第一台单臂采摘机器人问世;同年9月,这台机器人首次走进白水苹果试验示范站。从单臂到双臂,从实验室到果园,每一步都是技术积累的体现。
数据显示,这款双臂机器人在实地试验中取得了76.97%的整体采摘成功率,果实损伤率仅为5.56%。而团队并不满足于此——明年,他们计划开发出四臂机器人,围绕“快速、无损”的目标持续攻关,并增加夜间采摘试验。与此同时,数字孪生果园、丘陵山区专用智能装备、全链条大数据管控等新技术也在加快推广,智慧果园的覆盖面积不断扩大,技术正向小规模果园下沉。
当机器人的机械臂在果树枝叶间灵活穿梭,当无人机在果园上空绘制出数字地图,农业的未来正在这些细节中悄然成形。对于千千万万像炊水利一样的果农来说,这些变化意味着更少的辛苦、更高的效率和更稳定的收成。而“双胞胎”机器人,正是这场农业数智化变革中的一个生动注脚。
猜你喜欢
“双胞胎”机器人解锁采摘新技能 西农团队研发的苹果采摘机器人投入实际验证
中国航空总人口超5亿意味着什么 我国成为全球第一航空人口大国
中国发现世界第二大轻稀土矿 我国新增近千万吨稀土氧化物储量