湖北造機器人下田了

編者按

智能農機裝備是發(fā)展現代農業(yè)的新質生產力。

春耕時節(jié)，一批湖北造農業(yè)機器人走出實驗室，解鎖農業(yè)生產新場景，耕耘希望的田野。

激光一掃 瞬間除草

華工科技研發(fā)團隊在云南測試第二期智能激光除草機器人。 （華工科技供圖）

湖北日報全媒記者 魏萌葉 通訊員 游茁瑞

“苗間除草是國產智能農機亟待突破的關鍵技術?！?月16日，華工科技市場部負責人朱偉道破研發(fā)“全天候智能激光除草機器人”的重要意義。

除草，是農業(yè)種植中的關鍵一環(huán)。農藥除草隱患多，人工除草又成本高，激光除草應運而生。激光除草的原理是在雜草幼苗期，通過激光照射葉片分瓣處，使草葉表面水分迅速蒸發(fā)并瞬間氣化，從而破壞雜草內部葉綠素，抑制雜草生長。這種除草方式不耗費人力，幾乎零污染，顛覆了傳統(tǒng)除草作業(yè)方式。

早在2018年，華工科技總經理董義一行在美國參加行業(yè)交流大會，發(fā)現美國一家農業(yè)科技公司正在著手研發(fā)激光智能除草機器人。

3年后，這家美國公司正式推出了一款自動激光除草器，準確率達亞毫米級別。

“我們不能再等了。”董義告訴湖北日報全媒記者，2022年他們找到哈爾濱工業(yè)大學機器人技術與系統(tǒng)全國重點實驗室，開始合作研發(fā)國產激光除草機器人。

為了加快進度，該項目采取“雙軌”模式，即哈工大和華工科技各自成立研發(fā)團隊，采用不同的算法路徑開展研發(fā)，并在實驗進展中交流互鑒，以節(jié)約時間成本。

2024年6月，我國第一臺國產激光除草機器人落地黑河市愛輝區(qū)。該激光除草機器人搭載的探照燈亮度，是地表太陽光的強度的三倍，工作時能夠確保影像的清晰度，可實現24小時全天候作業(yè)。

如何讓機器人在大田中，看得清雜草、打得準幼芽且行走得穩(wěn)當，才是應用中的難點。董義解釋，激光除草主要在雜草幼苗期進行。許多植物在幼苗期形態(tài)十分相似，加上天氣、光線、田塊高低情況不同，“很可能機器人碾到一個石塊，搭載的激光設備一抖就會導致打偏?！?/p>

董義說，此前國內無人踏足過這片領域，手中掌握的田間雜草影像數據極少。經過第一期在黑河的實驗反饋，調試后第二期機器人已經在云南下地。

“從云南煙葉地的實驗來看，一次除草率已經達到90%。”華工科技副總工王亮剛從云南試驗田返回武漢，他表示，目前他們研發(fā)的第二期激光除草智能機器人體積比第一期更小，準確率也比第一期更高。

王亮告訴記者，目前華工科技的技術水平已經達到了有效激光除草，現在他們的研發(fā)重點是如何將一次除草率提升至95%。預計在2026年，華工科技和哈工大合作研發(fā)的國產“全天候智能激光除草機器人”可以實現量產。

橘園采摘 手到果落

機器人輕松采摘柑橘。

湖北日報全媒記者 汪彤

4月16日，武漢氣溫直逼30℃。走進華中農業(yè)大學數字化果園試驗基地，正是晚熟柑橘成熟季，該校工學院副教授鮑秀蘭和學生們把一筐剛采收的新鮮柑橘運出基地。“今天摘柑橘有點熱，還好我們有幫手?！滨U秀蘭笑著說。

在她的指引下，湖北日報全媒記者進入果園深處，只見一人多高的機械臂正勻速揮向掛滿柑橘的枝頭，用最前端的“爪子”抓住果實，緊接著咔嚓一聲，果實就從枝頭剪下，放入果筐內。

鮑秀蘭介紹，這是團隊正在研發(fā)的第二代柑橘采摘機器人樣機，目前進入定型試驗階段，平均7.2秒摘一顆果，成功識別率超96%，有望解決果園采摘工難請問題。

采摘是果園最繁瑣的生產環(huán)節(jié)之一。近些年，蘋果采摘機器人、獼猴桃采摘機器人相繼問世，柑橘采摘機器人研發(fā)仍是業(yè)界難點。鮑秀蘭解釋，相比其他果樹，柑橘采摘環(huán)境更為復雜，果實容易被枝葉覆蓋，機器人如何快速識別與定位是研發(fā)難點。

記者看到，機器人身體中間有個黑色的激光雷達，“爪子”上方有個黑色的深度相機。它們相當于機器人的“眼睛”和“大腦”，不僅能通過顏色和點位，迅速獲取柑橘位置信息，而且能對果樹進行數字化建模，通過三維避障算法，自主規(guī)劃采摘路徑。

機器人的“爪子”采取的是剪切夾持一體化裝置，先抓后剪，分兩步完成采摘過程?？蒲腥藛T通過反復力學試驗，找到最佳握力值，讓機器人的采摘力度剛剛好，不傷果。它的動力裝置用的是新能源電池，充一次電能夠工作6小時。

機器人采得快不快、準不準，關鍵就在于算法控制。2022年，第一代采摘機器人樣機試驗時，它只能識別單個柑橘，面對一簇柑橘時，便無從下手。自主規(guī)劃路徑時，它也總是簡單粗暴地選擇直線距離最短的路，經常與樹枝發(fā)生碰撞，導致果實受損。

科研人員便守在柑橘產區(qū)，讓有經驗的果農帶上可記錄手勢動作的傳感器，采集不同采摘環(huán)境下人體運動數據。利用數據庫，通過機器深度學習，不斷生成、改進，逐漸形成一套動作捕捉系統(tǒng)，機器人變得“聰明”起來，采摘時間從最初的幾十秒縮短至10秒內，采摘軌跡也越來越平滑。

鮑秀蘭介紹，目前他們還在研發(fā)一種更接近人手的關節(jié)式末端執(zhí)行器，進一步提高采摘效率。針對不同果園作業(yè)需求，在機器人的底座開展單臂和多臂裝置試驗。同時，與柑橘種植專家合作，通過農機與農藝結合，加強果樹的修剪管理，減少果樹樹枝數量，使得果樹只有少量主要枝干，果實主要分布在果樹外圍表面，減少過密成簇的果實出現，進一步提高柑橘采摘機器人的采摘準確性和穩(wěn)定性。

“雖然它目前的工作效率還比不過一個熟練的采摘工，但是通過持續(xù)數據采集、提高算力，超越指日可待?！滨U秀蘭很有信心。

豬舍遛彎 可測體溫

巡檢機器人正在盤點豬群數量。 （本欄圖片除署名外均為湖北日報全媒記者 汪彤 攝）

湖北日報全媒記者 汪彤

在武漢市江夏區(qū)紅之星農牧機械有限公司養(yǎng)殖基地，有一棟特殊的豬舍——天花板上鋪滿軌道，養(yǎng)殖人員一般不進去，想知道豬的數量、體溫，通過電腦遙控一只藍色的方匣子沿著軌道走一圈即可。

這只神奇的方匣子是該公司與湖北工業(yè)大學聯(lián)合研發(fā)的豬舍巡檢機器人樣機，通過軌道自動巡查，可實現生豬盤點、生豬測溫等功能，為規(guī)?；B(yǎng)殖場精細養(yǎng)殖提供技術支持。

4月24日上午，湖北日報全媒記者在湖北工業(yè)大學工程機械實驗室，近距離觀察豬舍巡檢機器人工作場景。

在生豬養(yǎng)殖過程中，豬群健康狀況管控、養(yǎng)殖管理狀況監(jiān)管，每天需要飼養(yǎng)員、養(yǎng)殖技術人員現場巡查欄舍發(fā)現并及時地治理。但依靠人工現場巡查，防疫風險高、工作效率低、存在監(jiān)管漏洞。2023年，我省啟動農機裝備補短板核心技術研發(fā)項目，將智能化生豬養(yǎng)殖關鍵技術與裝備研發(fā)及推廣應用納入其中，豬舍巡檢機器人等新裝備研發(fā)正式啟動。

“養(yǎng)殖人員坐在電腦前，通過智慧養(yǎng)殖機器人管理系統(tǒng)，就能操控機器工作?！焙惫I(yè)大學副教授劉明勇介紹，巡檢機器人身上配備了可見光攝像頭，能實時將周邊360度全景畫面?zhèn)鬏斨林腔酃芾硐到y(tǒng)，盤點豬群。

原來，科研人員通過向智能管理系統(tǒng)輸入幾千張形態(tài)各異的生豬照片，廣泛采集生豬形態(tài)信息，讓機器深度學習，形成數據模型，讓它不但能識別出生豬，還能數得清生豬數量。未來，通過數據庫進一步豐富，還可實現生豬估重功能。

巡檢機器人身上另一“神器”是紅外測溫儀。劉明勇說，它可提供體溫監(jiān)測功能，早期發(fā)現豬的潛在健康問題。

機器人不但能及時發(fā)現問題，還能自動生成“值班總結”。記者看到，打開智能管理系統(tǒng)，盤點監(jiān)控、溫度監(jiān)控、數據分析等模塊內容一應俱全，為養(yǎng)殖人員提供決策參考。

劉明勇介紹，目前巡檢機器人的試驗軌道距離15米、作業(yè)范圍約50平方米，即7個欄位、30頭豬。他們將持續(xù)跟蹤試驗結果，根據企業(yè)反饋，不斷優(yōu)化設計，擴大試驗規(guī)模，盡快在規(guī)模豬場開展試驗。

“坦克”噴藥 靈活自如

噴藥機器人在大棚內高效率地噴藥。

湖北日報全媒記者 汪彤

“滴滴滴……”4月20日下午2點半，南漳縣田家營鎮(zhèn)，金美科林農業(yè)開發(fā)有限公司大棚內，一輛白色的微型“坦克”行駛田間，到處彌漫著水霧。

“厲害吧！這是自動噴藥機器人，一小時能噴20畝地，效率是人工的20倍?！辈倏貦C器的基地負責人敖濤說。

金美科林是一家設施農業(yè)企業(yè)。過去，打藥是最令敖濤頭疼的事。“大棚里比戶外熱，工人背著四五十斤重的藥桶，在里面不停走。”他說，基地請人打藥，得120元一天。人工打藥效果也打折扣，稍一疏忽，有的地方打多了，有的地方打漏了。

“金美科林的苦惱也是當前我國農業(yè)生產的痛點之一?！焙蔽睦韺W院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育學院副院長秦濤介紹，隨著植保無人機推廣使用，大田作物植保機械化率逐步提升，可設施農業(yè)受大棚空間限制，依然依靠人工施藥作業(yè)。

兩年前，校企雙方一拍即合，決定聯(lián)合開發(fā)自動噴藥機器人。“原理并不難，關鍵要能適應大棚作業(yè)條件?！鼻貪龍F隊一頭扎進大棚，開展機具設計。

大棚內空間狹窄。他們將機器設計為履帶式，機身大小剛好通過棚內通道，方便行進。作物種植模式各異，有的生長在地上，有的懸掛在空中。起初，機器僅左右兩側設置八個噴頭，后來頂部又安裝了一根最高至3米、最長至1.3米的可調節(jié)伸縮臂，用來連接噴藥桿，擴大噴灑范圍。

秦濤團隊還在機器身上搭載了傳感器、北斗導航系統(tǒng)和高清攝像頭，通過遙控器控制，使機器人一開機就能按照預設路線均勻噴灑，并適時避障。

去年9月，自動噴藥機器人在基地大棚正式上崗。敖濤算了一筆賬，相比傳統(tǒng)噴霧器打藥方式，機器人每畝可節(jié)省農藥、人工1100余元，一年下來可降本6萬元左右。

當前，秦濤團隊正在為機器人設計配套智能控制軟件，收集當地辣椒、西紅柿常見害蟲種類圖像數據。未來，機器人在行進過程中，可實時采集農作物蟲害照片傳入軟件，通過圖像識別技術，幫助種植戶不下田也能準確判斷蟲害種類，實現對癥下藥、精準施藥。