打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
45.果园中即将走来的新主人

工业革命后,制造业和交通服务方面,几乎每天都有使用大机器生产,制造更多工业品的好消息传来。珍妮纺织机、瓦特蒸汽机越来越多,火车、汽车先后问世。大机器大幅地提高了生产效率。生产效率的提高,是农业文明时代无法比拟的,这是人类第一次使用能源大机器解脱繁重的体力劳动的开端,也是生产力的空前进步,同时也是人类大量积累社会财富的起点。

尽管有少数人的反对,但是几乎没有人能挡住这股洪流,能源机械改变了人们的生活,就在制造业继续深入变革的同时,人们也不会忘记种植业的变革,种植业的工业化也纷纷展开,自古以来繁重的种植业的土地,就是由人工、畜力耕种,就在这些领域中也逐步地出现新式的大型机械,各种农业机械在田野中奔驰,到了当代甚至说水果采摘也在使用机器人。

苹果是大众经常见的食用水果,这种水果栽培也很普及。它富含水分,营养丰富,产量也颇丰。但在人工栽培时,也是不能脱离繁重的体力劳动,尤其是采摘苹果,是在也不是一件容易的事,是一个费时费力的工作,还需要弯腰或爬高,上上下下具有一定的危险性。因此,世界许多国都致力于水果采摘的机械化、自动化研究。

目前在世界许多发达国家,已为果园成功研究耕耘机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、水果嫁接机器人等,这些机器人穿梭在果园中,代替了许多果园中人工劳动。可是采摘收获苹果等果实类的工作,因种种原因仍然要人工完成。

目前,在世界上很多的果园中,还是使用人工采摘果实,这也许就是人们旧观念的遗留,这一领域正是科研人员的研究重点领域,并逐渐地被那些科研人员冲破。

采摘水果的机器人实在是研究的难题之一。苹果采摘、桔子采摘、葡萄采摘或桃子采摘等等,尽管他们看起来很相似,但从机器人的运动特性来看,也是有很大差别的。

苹果、柑橘、葡萄、桃子等水果外部的形态,娇嫩含水量都不一样,在采摘时也正是它们的生长期,稍一不慎就会损伤水果,或是损伤叶、枝、干,影响果树的成长。它不像果园中的种植机器人、浇水机器人、嫁接机器人等那样构造简单,因此果园的收获机器人一直处在研究中。 

由于水果果实外部形态不一样,有的果实是一串串的,有的是象苹果一样是独立个体的,有的是长的,有的是短的,果实成熟度也不一样等等原因。因此水果采摘机器人的内部构造,就比果园中的其它耕作机器人等复杂。

这种果实采摘机器人,必须有一个相当于人类眼睛的视力系统,有一个相当于人类手臂的机械手系统,有一个相当于人类的行走腿脚的行走系统,也必须有一个相当人类的大脑思维判断系统。这样一来水果机器人的零件就会多起来,造价成本也必然高许多,高成本使大众无法接受。只能把高成本降下来,才有可能推广到大众中去。

另一个问题是水果采摘机器人,必须以相应的技术进步为支撑才能研制成功,各种技术支撑着复杂的机器人,世界上的每一项进步,都是由科学技术支撑的进步,没有蒸汽机就不会有火车,人们只能依靠人力车、畜力车实现移动。

以色列有一家机器人公司,这家公司鲜果机器人的首席执行官兼联合创始人。是以色列技术学院的一名助理教授,目前,他们正在联合开发苹果采摘机器人,这种机器人可以在苹果园里自主上班,并可以自主导航,能准确地从树上分辨苹果的成熟,并用机械臂无损伤的采摘那些成熟的苹果,而对没有成熟的苹果一扫而过不予置理。这位助理教授说:“四年前,在匹兹堡的卡内基梅隆大学完成博士和博士后之后,回到以色列技术学院,我在土木和环境工程学院启动了土木、环境和农业机器人实验室。专注于软体机器人、动态机器人和机械手的优化,大部分用于民用,主要与农业相关。大多集中在农业机器人和野外机器人系统。”

FFR机器臂上配置了视觉系统,以便区分和检测苹果。当它找到一个苹果之后,就把苹果的位置信息传递给控制器,控制器就指挥机械臂伸过去采摘苹果。每个机械臂的末端都有一个驱动手爪,它抓住苹果后,就会转动90度,把苹果采摘下来。接着机械臂回缩一点,再把苹果送到果篮中。

在苹果采摘机器人身上,有一个IMU,前端有思科激光传感器,倾斜云台上有立体相机,还有一个定位器。机械臂使用激光进行检测,但是FFR也考虑传感器在野外使用时的稳定性更好。

这一款廉价的苹果采摘机器人,每小时可采摘上万个苹果,不仅比人工采摘快,采摘质量也更高,不会对苹果造成任何损伤,采摘机器人更不会发生其它心理问题,或是因劳累休息问题等,据说,2017年的苹果采摘器,已经投入实际使用。

假设采摘苹果机器人只在白天工作,机器人可以为果民节省25%的采摘成本。更重要的是,只要更换末端机械臂手爪和软件模块,虽同是一个机器人,就可以用来采摘其他相对应的水果。如果可以采摘多种类型的水果,该机器人的效率就大大提高了。这一特点无疑对采摘机器人的使用率,对降低采摘机器人的成本,具有很重要的意义。

若单项的苹果采摘机器人,只能在苹果收获期使用,其他时间段将无事可做,这样就会使成本提高。而如今的苹果采摘机器人不但能采摘苹果,只要换末端机械臂手爪和软件模块,也可以在不同的是间段,采摘其它同类型的水果。从此,苹果采摘机器人就不担心使用率低下,一年中大多时间段闲置,而只在苹果收获期可用,它可以在不同的时间段内,收获其他的诸如柑橘的同类水果。

西班牙科技人员,发明柑橘采摘机器人,在摘果的时候不会很粗鲁,先用夹指将果枝夹紧,然后以切割的方式来切断连接果实的小柄。由于末端的执行器具有一定通用性,因此可对多类瓜果进行作业,包括荔枝、黄瓜等。

柑橘采摘机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成,其能够从柑橘的大小、形状和颜色判断出是否成熟,决定可不可以采摘。

它工作的速度极快,每分钟摘柑橘60个,而靠手工只能摘8个左右。另外,柑橘采摘机器人通过装有视频器的机械手,能对摘下来的柑橘按大小即时进行分类。

还有一项荔枝采摘机器人,机器人每小时能采摘40斤荔枝,是人手的两倍。如果作业地点完成了硬底化建设,到处都有平坦的水泥路的话,采摘柑橘机器人还可进行自由移动,而在一些崎岖不平的园子里,还是要用小推车载着才能干活。

法国、日本发明的专门服务于葡萄园的机器人,几乎能代替种植园工人的所有工作,包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等。或许你没有想到葡萄这种水果,晶莹剔透十分娇嫩,葡萄的含水量丰富,这种水果自古以来,都是人工小心翼翼的采摘。谨慎小心的动作,以满足人们酿酒或是直接食用需要。尽管操作十分小心,还是有时碰破了葡萄的颗粒。若粗暴野蛮的采摘,必然或损伤葡萄的茎、叶、干或是根部,影响来年的生长。

今天用于葡萄粒酿酒的采摘机械,已行走在葡萄园中,大批的葡萄粒完好的被采摘下来。这种机械不会损害葡萄的茎叶和根部,不影响葡萄来年的生长,采摘的葡萄粒完好无损。预计不远的将来,人们直接食用的一串串葡萄,也能由机械代替人工采摘。

具有特殊外貌的蔬菜水果收割采摘,还有很多革命性的变化,让那些保守的人眼前一亮,惊叹科技进步的奇迹闪光。减少了水果收割的损失,减轻了收割水果的繁重体力劳动。

在过去一二十年中,果实采摘机器人一直在注重简化人类的采摘功能,使采摘机器人更趋于复杂。用机器人采摘完全自然状态下的树上苹果,过程是相当复杂的,很可能需要一个6自由度的采摘果实机器人。相对于采摘机器人感受器视觉而言,感觉也会更困难。有人研究了改进收获对象果实的存在位置过于分散的状况,会增加采摘机器人机械臂的自由度,使采摘机器人更加复杂。这一发现使人们开始了对采摘对象的关注,从另一个角度思考,改进果实采摘工作,而不是单纯关注采摘机器人的改进。

从此,对采摘机器人外的采摘对象苹果树的栽培也纳入研究之例。甚至有人研究苹果树上的果实位置,也研究果实所处的的位置,如何影响机械臂的效率。有人提出这种研究的目的,就是从另一个角度,简化机械臂的复杂程度,这一思路特别具有新意。

这一思路希望通过剪枝或品种培育,使果实改变它们的布局,使果实生长的位置都处于在机械臂的视角感受器内,并处在很明显的位置,形成一面近似平面的“果墙”。让机械臂的感受器很容易 “看见”,并使机械臂的自由度更小些,这样就使机械臂的采摘更趋于简单。

如果是简化了的果树形态,使果实集中些,也许我们只需要一个2自由度的机器人就够了。比如经过修剪之后,可以使用3自由度的机器人进行采摘,让树更适合于果实采摘机器人,所以,在保证系统稳定性的前提下,在果树上下功夫也许就是好上加好的办法。

如果象墙要求高密度种植,同时又要确保主干和分支不要太厚。必须有一个网格和其他工程支持系统。要想他们处于最佳状态,就要使所有的能量和水都集聚到水果上,而不是树上的枝干或叶上,这显然是果树丰收的一个办法。如果我们想要用机器人来采摘水果,果实所处位置的就显得更重要了。

与国外相比,中国农业机器人研究与开发方面尚处于起步阶段。目前我国已开发出的农业机器人有:耕耘机器人、除草机器人、施肥机器人、喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、收割机器人、采摘机器人等。这些机器人都先后的在果园中使用,果实采摘机器人正在完善中。

智能水果采摘机器人,能一个“人”顶两个人用,或是更多的人用,我国已在广东一些水果合作社里“赤膊上阵”,对瓜果类产品进行无损采摘作业。

开发智能采摘机器人的华南农业大学相关团队负责人称,该款机器人最突出的长处就是像铁壁阿童木一样有着“火眼金睛”,可采用双目立体视觉,在果园中对果实进行定位,获得视野内多个随机水果目标,然后再用数学规划方法,对采摘作业路径进行自主规划,最后伸出机械臂末端的拟人夹指来采果子。

采摘机器人也即将研究成功,不远的将来,一个由机器人参与经营的无人果园,各种机器人就会横空出世,成为果园中的新的主人。这是种植业果园栽培史上,走进现代自动化的里程碑。

这些正在研究或是实验的水果采摘机器人,为什么不能很迅速地走进果园呢?目前还不能大规模地推广,其原因至少还有两点。

第一点成本是非常重要的,科研人员正努力降低价格,并找到最合适的机器人来完成特定的任务。降低成本不仅要要研究采摘机器人,还要研究采摘的果实及果树对象。

第二点是采摘机器人的稳定性,目前,这些采摘机器人还有待进行完善,这个目标还有一定的差距,仍需有关人员不断地努力。果园中的采摘机器人,很快就会入驻果园,成为果园中的新主人。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
怎样才能种出令人垂涎的好吃水果?记住这6点
我家阳台就是鲜果园,现吃现摘,一年四季都吃不完!
9种具有保湿功效的水果
攻略‖水果是要按月份吃的,二月吃什么?
果园全程机械化来了!如何省工省力又高效
2017,种什么水果最挣钱?
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服