近日,“摘易得”团队研发的圣女果采摘机器人在山东德州多所智能温室大棚落地应用,凭借精准识别、串收采摘、高效作业的优势,有效破解了设施圣女果采摘耗时耗力、果实易损伤、劳动力短缺等痛点,为设施农业高质量发展注入科技动能,助力农业现代化转型升级。

作为高附加值的设施果蔬,圣女果因其口感清甜、营养丰富,种植规模逐年扩大,但采摘环节长期依赖人工,成为制约产业提质增效的关键瓶颈。圣女果密集度高、果实小巧,且常被枝叶遮挡,人工采摘不仅效率低,还容易因操作不当损伤果实和植株,加上农村劳动力老龄化加剧,采摘用工难、用工贵的问题日益突出。据调研了解,人工采摘成本已占圣女果种植总成本的30%至50%,研发高效智能的采摘机器人成为产业发展的迫切需求。

针对这一需求,“摘易得”团队与企业协同发力,攻克多项核心技术,研发出一款适配设施环境的圣女果采摘机器人,实现了从“人工采摘”到“智能采收”的跨越。通过虚拟仿真与现实执行的深度融合,大幅提升了机器人在复杂环境下的作业能力。该系统搭载滑轨式深度相机,可沿温室逐行扫描,采集高精度环境数据,再通过数字孪生技术重建虚拟温室,利用强化学习算法在虚拟环境中训练采摘策略,最终实现采摘动作的精准迁移,有效解决了密植环境下机器人视野受限、易碰撞植株的难题。

除了数字孪生技术的应用,机器人的“感知”与“抓取”能力也实现了显著突破。此款圣女果采摘机器人采用改进YOLOv8n轻量级神经网络,搭配立体视觉系统,能精准识别不同光照条件下的成熟果实,即使在果实密集粘连、叶片遮挡的复杂场景中,识别准确率也保持高位,同时可精准区分成熟与未成熟果实,避免误采。在采摘执行端,科研成员多次分析研究人工采摘动作,研发出仿生末端执行器,采用上剪下夹的形式,上方为剪刀,用于剪断果梗,下方为柔性加持装置,确保剪刀剪断的同时能够稳稳的夹住果梗,最大限度减少果实损伤,兼顾了采摘效率与果实品质。

圣女果采摘机器人的落地应用,不仅破解了产业采收痛点,降低了种植成本,还推动了设施农业从“人工种植”向“智能管理”的转型,契合中央一号文件中强化农业科技支撑的部署要求。当前,我国农业科技进步贡献率已超过63%,农业机器人作为智慧农业的重要载体,正成为推动农业产业升级的重要力量。

下一步,团队将持续优化采摘机器人的核心算法与硬件配置,降低设备成本,同时推动技术泛化,将采摘系统推广至草莓、樱桃等其他温室果蔬,进一步提升设施农业智能化水平,助力农民增收、产业增效,为乡村振兴注入更多科技活力。

在雄安新区、北京、山东等地的智能温室大棚中,采摘机器人已进入常态化作业阶段,展现出强劲的实用价值。雄安某智能温室中,一款人形采摘机器人凭借灵活的机械臂、仿人灵巧手及修枝剪配置,可实现圣女果的动态巡检与精准采摘,其搭载的移动平台可沿导轨穿梭,腰部升降机构能适配不同高度的果实,单台设备可替代3至5名工人,连续24小时作业。而中国农科院团队研发的系统,在真实温室测试中,单果平均采摘时效已控制在8秒以内,碰撞率大幅降低,且算法具备通用性,无需在每个温室重新训练,便于大规模推广。

据了解,目前国内研发的圣女果采摘机器人已形成多类型、多规格的产品矩阵,部分产品实现了“采-收-运”一体化作业,采摘效率可达1200颗/小时,是人工采摘效率的6倍,综合效率提升300%。北京市农林科学院研发的一体式采摘机器人,还具备自主导航、产量巡检、采后转运等功能,在工厂化智能温室应用中,综合作业效率达到300至400串/小时,达到国际同类技术水平。

业内专家表示