西農大“智造”全國高校首臺蘋果雙臂采摘機器人

楊福增教授（左二）和團隊成員在探討機器人手臂抓取蘋果的技巧

 楊福增教授團隊成員們正在學校白水蘋果試驗示范站調試蘋果雙臂采摘機器人系統（圖片均由西北農林科技大學 提供）

近日，西北農林科技大學（簡稱西農）機械與電子工程學院楊福增教授團隊研發的蘋果雙臂采摘機器人完成了果園實地試驗，從學校白水蘋果試驗示范站返回。從目前的報道看，這是全國高校第一臺蘋果雙臂采摘機器人。

蘋果采摘機器人研究是國內外農業機器人領域的研究熱點和難點之一，涉及機械、電子、控制、人工智能等多個學科，技術門檻高、研發難度大。2018年，在農業農村部蘋果全程機械化科研基地建設項目和陜西省蘋果科技重大專項的支持下，楊福增教授從丘陵山地農機研究團隊中分出一個課題組，開始研究蘋果采摘機器人，到2021年3月就研發出第一臺單臂采摘機器人，當年9月，這臺機器人首次走進白水蘋果試驗示范站。

今年亮相的這臺機器人是在原來的基礎上進一步完善，又增加了一支采摘手臂。它主要由底盤、處理器、控制器、深度相機和采摘手臂等組成，并與前后兩臺裝載運輸機器人一起組成一個蘋果采摘轉運多機器人系統。

機器人首先要能瞪大“眼睛”看得準樹上的蘋果，其次“手腳”協調能夠得著蘋果，最關鍵的是“大腦”能把“眼睛”看到的信息智能化處理后快速、有效地傳導給采摘手。據不完全了解，從一張白紙上畫藍圖，到實實在在的蘋果采摘機器人實物樣機下地工作，全國高校中僅有南京農業大學、江蘇大學等少數幾個高校把夢想變成現實。

從公開文獻資料看，相較于美國華盛頓州立大學的蘋果采摘機器人，目前西農蘋果采摘機器人在多方面實現了趕超：一是識別時間快，華盛頓州立大學是1.5秒，該校為0.015秒；二是采摘方式靈巧，華盛頓州立大學是拉拽分離，該校為仿生旋轉拉拽，能耗小；三是采摘手臂多，該校成功創制了一種雙臂蘋果采摘機器人，兩臂協同，大大提高了整機采摘效率。

四年來，楊福增教授團隊師生圍繞蘋果采摘轉運多機器人系統發表高水平論文11篇，其中關于三指抓握姿態下蘋果采摘抓得穩、采得下的研究論文刊登于國際頂級期刊《農業計算機與電子》，關于我國果園特有復雜場景下蘋果可采摘和不可采摘實時識別算法的文章兩年內被引頻次高達79，博士生樊攀、閆彬、毛文菊和碩士生雷小燕、王美茸、劉恒、史帥旗、秦紀鳳等脫穎而出，一支年輕有為多學科專業相融合的采摘轉運多機器人科研小分隊正在形成。今年秋季，團隊首次牽頭在機械與電子工程學院為機械學科專業研究生和本科生開設了機器人相關課程。

據不完全統計，我國蘋果采摘作業約占整個生產過程作業量的40%、占總生產成本的50%～70%。果園采摘從“梯子+籃子”的傳統模式邁向機器人自主協同作業方式，意義重大。