轻型机器人可收割黄瓜

编译：串丽敏 北京市农林科学院农业信息与经济研究所

在越来越多的农业环境中，自动化系统正在取代繁重的体力劳动。Fraunhofer生产系统和技术设计研究所正在开发和测试用于自动收割黄瓜的双臂机器人。这种轻型解决方案有可能使德国的作物种植具有商业可行性。

在德国，黄瓜罐头用的黄瓜是借助“黄瓜飞行器”，一种带有翼状附件的农用车手工采摘的。采收工作者趴在车的“翅膀”上，摘下成熟的黄瓜。然而，这种劳动密集型和能量消耗型的手工收获作业越来越不经济。自德国实行最低工资以来，单位收获成本已经上升。因此，该国许多农业地区面临着不确定的未来。黄瓜种植已经开始搬迁到东欧和印度。因此迫切需要改进收获技术来维持德国黄瓜种植的经济可行性。柏林Fraunhofer的专家以及其他德国和西班牙的研究人员正在欧盟项目CATCH（即“黄瓜采集—绿色田间试验”）范围内研究黄瓜自动采收的潜力。项目合作伙伴是德国的Leibniz农业工程与生物经济研究所和西班牙的CSIC-UPM自动化和机器人技术中心。

CATCH研究人员希望开发和测试由平价轻质模块组成的双臂机器人系统。最终目标是：该系统可以用于黄瓜自动种植和其他农业应用。机器人拾取器必须具有成本效益、高性能和可靠性。即使在恶劣天气下，也需要能够首先鉴定出成熟的黄瓜，然后使用其两个夹臂轻轻地挑选并存放它们。为此，尖端的控制方法为机器人提供触觉感知，并使其适应周边环境条件。这些方法也使得双臂机器人系统可以模仿人的运动。研究人员想要确保机器人不会损害作物或者防止将它们和根部一同带出土壤。但是，这些还不够。自动收割机必须至少与其经验丰富的人类“同事”一样高效，每分钟可以挑选多达13个黄瓜。

高成功率。

设计出能进行光学和触觉感测、评估和评价的自主系统是一个巨大挑战。而黄瓜采摘使这个挑战更加复杂：机器人必须识别被绿色环境伪装的绿色物体-黄瓜。另外，黄瓜随机分布在田间，有的被植被掩盖。不同的光线条件使得采摘任务变得更加困难。使用多光谱相机和智能图像处理有可能来帮助定位黄瓜，并引导机器人的手臂抓住它们。CATCH项目的这一部分工作由西班牙项目合作伙伴CSIC-UPM负责监督。他们使用一个特殊的相机系统，帮助确保机器人检测和定位约95％的黄瓜，如此高的成功率令人印象深刻。当然，项目组将继续提升技术，最终目标是让机器人选中并采收所有成熟的黄瓜，以促进新果的成长。Fraunhofer根据igusGmbH有限公司开发的硬件模块研制了五个可自由活动的机器人手臂。

寻找人类灵感

Fraunhofer项目专家的任务是开发三种夹具原型：一套基于真空技术的夹具，一套仿生夹爪和一套基于OpenBionics机器人手的定制“黄瓜手”。依靠先前的欧洲研究项目获得的成果，他们为Workerbot I开发了一个双臂机器人控制系统，一个能够进行工业装配的类人机器人，该系统具有高效的任务型编程。来自Fraunhofer的项目专家正在加强这一系统，以便能够计划、编制和控制收获黄瓜的机器人的行为。这些预编程的行为模式使得双向搜索成为可能，这意味着机器人可以像人一样寻找黄瓜。Fraunhofer的科学家解释说：“机器人可以使用对称或不对称，一致或不一致的运动将叶片推到一边。因此，它可以自动地改变方向接近并抓住黄瓜。”研究人员的目标是创建一个能够进行判断的智能控制系统：将特定任务分配给某个抓手臂，监控摘黄瓜并处理异常情况。

2017年7月，Leibniz农业工程与生物经济研究所利用各种黄瓜在其试验场进行机器人系统的初步现场测试。该研究所还测试了收割更易挑选的新型黄瓜。第一轮测试验证了基本功能。自2017年秋季以来，项目合作伙伴一直在Leibniz温室进行额外的测试。研究人员特别渴望仔细研究干扰或故障影响系统效率和稳健性的程度。一旦轻型机器人测试完成，项目合作伙伴将努力使其在商业上可行。公司、黄瓜瓜农和农业协会都对双臂机器人表示了浓厚的兴趣。CATCH项目于2017年11月首次在国际农业机械博览会向公众公开。德国农业协会在其展位展出了该机器人，获得了来自农业专家和众多公司的热烈反馈。（来源：Science Daily北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道）

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