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机器人来帮忙无人果园不远了

  8月11日,成都天府童村无人农场内,工程师韩伟正忙着调试设备。最近,他们初步研发出一款水果采摘机器人,可在8秒内摘下一个苹果,并能判别出苹果的不同品种和成熟度。“随着农业机器人的推广应用,可极大减轻农民的采收劳动负担。”韩伟说。

  成都天府童村无人农场位于四川天府新区成都直管区白沙街道,这里是中国农业科学院农业资源与农业区划研究所(下称“中国农科院资划所”)智慧农业创新团队的技术集成示范基地,在国内率先集成了多款面向果园生产管理的机器人,包括智能巡田、无人化除草和喷药、水果采摘等。近日,记者来到这里,探访果园里的“黑科技”。

  在天府童村无人农场内,几个集装箱搭建的房子引人注目,这便是中国农科院资划所的智慧果园研发基地。基地四周是十几亩郁郁葱葱的柑橘林,是科研人员的试验田。

  集装箱房屋内,韩伟正和一台水果采摘机器人进行实战演练。机器约80厘米高,下半身是一个移动小车,上半身带有一只长长的机械手臂,头部安装了两个摄像头。

  “别看它个头不高,功能可不小。”韩伟介绍道,“这两个镜头相当于它的眼睛,可以对水果进行识别和定位。”韩伟拿起一个苹果放到它面前,它呆呆地看了两秒钟后,迅速伸出机械手臂抓住了苹果,然后将果子准确放进篮子里。机械手臂的末端由硅胶制成,可以无损伤地采摘水果。

  这种近乎人工的采摘是如何做到的?“我们前期筛选了8000余张不同品种的苹果在不同形态下的图片,让机器进行深度学习。”韩伟说,目前这款机器人不仅能够判别苹果的颜色、大小、成熟度,还能判断果实是否被树枝遮挡,能根据采摘位置规划路径,完成采摘和放篮等任务,采摘的准确率达90%以上。

  采摘机器人还有一个“小伙伴”——运输机器人。“运输机器人是果园里的‘小工兵’,通过我们研发的协作系统,能实现跟随与搬运,它们一个采摘,一个运输,巴适得很。”韩伟说,水果采摘是劳动密集型工作,虽然目前机器人的采摘效率还赶不上人工,但它胜在可以24小时作业,降低劳动成本。

  当然,要实现果园无人化生产管理远不止于此。在基地内,语音控制、视觉识别、无人驾驶、人工智能等技术都派上了用场。目前中国农业科学院智慧农业研究团队已研发出无人喷药机器人、无人除草机器人、智能巡田机器人等多款果园作业装备。

  无人喷药机器人能利用果园地图辨别病虫害发生的位置,实现“有树才喷、树密多喷、虫害处多喷、掉头处不喷”;无人除草机器人可以根据果园的“杂草分布图”智能规划路径,利用激光扫描仪进行定位导航,通过无人驾驶技术实现自主无重复除草,“有点类似于家里的自动扫地机器人。”韩伟介绍,初步估算,这两款机器人一天的植保面积分别可达50亩,是人工的5倍以上。

  要实现果园智能化无人化转型,背后需要一套强大的数据获取和处理分析系统。“我们已经在农场内构建起天空地一体化的农情智能感知装备。”中国农科院资划所研究员史云介绍道,农业的生产决策,有赖于全方位的农情信息,包括果园的土壤状况、气象环境、水肥动态,果树的生长状况、病虫害数据等。

  而这些数据,正是借助遥感卫星、无人机、物联网技术、土壤墒情传感器等各类设备获取。果园里安装了6台土壤墒情传感器,可以采集土壤中的温湿度、盐度、水分等数据;通过无人机低空盘旋,可以判读果树的宏观长势,精准采集单株果树的产量、病虫害等信息;奔走于果园间的巡田机器人,则能近距离感知田间的细微变化,捕捉果树的温度、湿度、病虫草害等数据……

  “天空地海量数据,就像血液一样汇入超强的智慧农业大脑——田间服务一体机中,再通过边缘计算装置和人工智能算法,实现前端智能决策。”史云介绍,智慧农业大脑完成数据处理后,会生成各种机器人作业处方图,再通过田间服务一体机下发给前端的作业机器人,这样机器人就能自主完成作业。

  未来,田间服务一体机可以与平板电脑、手机等终端设备连接,农民就可以实时收取农情提醒信息,控制智能机器人并观察它们的作业情况。

  目前,这些蓝图仍在绘制当中。中国农科院智慧农业研究团队于2019年12月入驻成都,与成都农业科技中心等单位共同在成都建立研发基地,常驻研发团队成员有10余人,主要围绕果园无人化方向,进行技术和装备的研发与示范。

  “当前几款机器人还在试验阶段,预计最快2年之后才能推向市场。”史云介绍,无人果园还面临技术不成熟、智能机器人购买和维护成本高昂等难题。

  “比如智能采摘机器人,我们目前研发了8个月左右,但要在非标准化的果园中使用,难度较大。”韩伟介绍,果实的遮挡、摇动,外形、颜色的变化都会影响采摘效果,而且机器人要自如开行,对果园的行间距要求较高。

  四川是水果大省,特别是晚熟柑橘规模在全国排名第一。不过,四川的果树普遍种植在丘陵山区,地块小,目前还不适宜大面积推广智能机器人。未来,该研发团队将结合四川的产业实际和地形条件,定制研发果园机器人,满足不同场景的果园需求。“相信通过反复试验和产品迭代,无人果园将不再遥远。”韩伟说。(四川日报全媒体记者 史晓露)

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