2021-08-18 17:26:41
8月11日，成都天府童村無人農(nóng)場內(nèi)，工程師韓偉正忙著調(diào)試設(shè)備。最近，他們初步研發(fā)出一款水果采摘機器人，可在8秒內(nèi)摘下一個蘋果，并能判別出蘋果的不同品種和成熟度。“隨著農(nóng)業(yè)機器人的推廣應(yīng)用，可極大減輕農(nóng)民的采收勞動負擔。”韓偉說。
韓偉在調(diào)試水果采摘機器人。
成都天府童村無人農(nóng)場位于四川天府新區(qū)成都直管區(qū)白沙街道，這里是中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所（下稱“中國農(nóng)科院資劃所”）智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團隊的技術(shù)集成示范基地，在國內(nèi)率先集成了多款面向果園生產(chǎn)管理的機器人，包括智能巡田、無人化除草和噴藥、水果采摘等。近日，記者來到這里，探訪果園里的“黑科技”。
智能尖兵：多款機器人協(xié)同作業(yè)
在天府童村無人農(nóng)場內(nèi)，幾個集裝箱搭建的房子引人注目，這便是中國農(nóng)科院資劃所的智慧果園研發(fā)基地?；厮闹苁鞘畮桩€郁郁蔥蔥的柑橘林，是科研人員的試驗田。
成都天府童村無人農(nóng)場內(nèi)，中國農(nóng)科院資劃所的智慧果園研發(fā)基地。受訪者供圖
集裝箱房屋內(nèi)，韓偉正和一臺水果采摘機器人進行實戰(zhàn)演練。機器人大約80厘米高，下半身是一個移動小車，上半身帶有一只長長的機械手臂，頭部安裝了兩個攝像頭。
“別看它個頭不高，功能可不小。”韓偉介紹道，“這兩個鏡頭相當于它的眼睛，可以對水果進行識別和定位。”韓偉拿起一個蘋果放到它面前，它呆呆地看了兩秒鐘后，迅速伸出機械手臂抓住了蘋果，然后將果子準確放進籃子里。機械手臂的末端由硅膠制成，可以無損傷地采摘水果。
這種近乎人工的采摘是如何做到的？“我們前期篩選了8000余張不同品種的蘋果在不同形態(tài)下的圖片，讓機器進行深度學習。”韓偉說，目前這款機器人不僅能夠判別蘋果的顏色、大小、成熟度，還能判斷果實是否被樹枝遮擋，能根據(jù)采摘位置規(guī)劃路徑，完成采摘和放籃等任務(wù)，采摘的準確率達90%以上。
采摘機器人還有一個“小伙伴”——運輸機器人。“運輸機器人是果園里的‘小工兵’，通過我們研發(fā)的協(xié)作系統(tǒng)，能實現(xiàn)跟隨與搬運，它們一個采摘，一個運輸，巴適得很。”韓偉說，水果采摘是勞動密集型工作，雖然目前機器人的采摘效率還趕不上人工，但它勝在可以24小時作業(yè)，降低勞動成本。
當然，要實現(xiàn)果園無人化生產(chǎn)管理遠不止于此。在基地內(nèi)，語音控制、視覺識別、無人駕駛、人工智能等技術(shù)都派上了用場。目前中國農(nóng)業(yè)科學院智慧農(nóng)業(yè)研究團隊已研發(fā)出無人噴藥機器人、無人除草機器人、智能巡田機器人等多款果園作業(yè)裝備。
無人噴藥機器人。
無人噴藥機器人能利用果園地圖辨別病蟲害發(fā)生的位置，實現(xiàn)“有樹才噴、樹密多噴、蟲害處多噴、掉頭處不噴”；無人除草機器人可以根據(jù)果園的“雜草分布圖”智能規(guī)劃路徑，利用激光掃描儀進行定位導航，通過無人駕駛技術(shù)實現(xiàn)自主無重復除草，“有點類似于家里的自動掃地機器人。”韓偉介紹，初步估算，這兩款機器人一天的植保面積分別可達50畝，是人工的5倍以上。
農(nóng)業(yè)大腦：天空地一體化搜羅農(nóng)業(yè)情報
要實現(xiàn)果園智能化無人化轉(zhuǎn)型，背后需要一套強大的數(shù)據(jù)獲取和處理分析系統(tǒng)。“我們已經(jīng)在農(nóng)場內(nèi)構(gòu)建起天空地一體化的農(nóng)情智能感知裝備。”中國農(nóng)科院資劃所研究員史云介紹道，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)決策，有賴于全方位的農(nóng)情信息，包括果園的土壤狀況、氣象環(huán)境、水肥動態(tài)，果樹的生長狀況、病蟲害數(shù)據(jù)等。
果園里的傳感器。
而這些數(shù)據(jù)，正是借助遙感衛(wèi)星、無人機、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、土壤墑情傳感器等各類設(shè)備獲取。果園里安裝了6臺土壤墑情傳感器，可以采集土壤中的溫濕度、鹽度、水分等數(shù)據(jù)；通過無人機低空盤旋，可以判讀果樹的宏觀長勢，精準采集單株果樹的產(chǎn)量、病蟲害等信息；奔走于果園間的巡田機器人，則能近距離感知田間的細微變化，捕捉果樹的溫度、濕度、病蟲草害等數(shù)據(jù)……
“天空地海量數(shù)據(jù)，就像血液一樣匯入超強的智慧農(nóng)業(yè)大腦——田間服務(wù)一體機中，再通過邊緣計算裝置和人工智能算法，實現(xiàn)前端智能決策。”史云介紹，智慧農(nóng)業(yè)大腦完成數(shù)據(jù)處理后，會生成各種機器人作業(yè)處方圖，再通過田間服務(wù)一體機下發(fā)給前端的作業(yè)機器人，這樣機器人就能自主完成作業(yè)。
未來，田間服務(wù)一體機可以與平板電腦、手機等終端設(shè)備連接，農(nóng)民就可以實時收取農(nóng)情提醒信息，控制智能機器人并觀察它們的作業(yè)情況。
目前，這些藍圖仍在繪制當中。中國農(nóng)科院智慧農(nóng)業(yè)研究團隊于2019年12月入駐成都，與成都農(nóng)業(yè)科技中心等單位共同在成都建立研發(fā)基地，常駐研發(fā)團隊成員有10余人，主要圍繞果園無人化方向，進行技術(shù)和裝備的研發(fā)與示范。
“當前幾款機器人還在試驗階段，預計最快2年之后才能推向市場。”史云介紹，無人果園還面臨技術(shù)不成熟、智能機器人購買和維護成本高昂等難題。
“比如智能采摘機器人，我們目前研發(fā)了8個月左右，但要在非標準化的果園中使用，難度較大。”韓偉介紹，果實的遮擋、搖動，外形、顏色的變化都會影響采摘效果，而且機器人要自如開行，對果園的行間距要求較高。
四川是水果大省，特別是晚熟柑橘規(guī)模在全國排名第一。不過，四川的果樹普遍種植在丘陵山區(qū)，地塊小，目前還不適宜大面積推廣智能機器人。未來，該研發(fā)團隊將結(jié)合四川的產(chǎn)業(yè)實際和地形條件，定制研發(fā)果園機器人，滿足不同場景的果園需求。“相信通過反復試驗和產(chǎn)品迭代，無人果園將不再遙遠。”韓偉說。
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