2022年中心一号文件明白提出，片面梳理短板弱项，增强农机配备工程化协同攻关，放慢大马力机器、丘陵山区和设备园艺小型机器、高端智能机器研发制作并归入国度重点研发方案予以持久不变撑持

　　2022年中心一号文件明白提出，片面梳理短板弱项，增强农机配备工程化协同攻关，放慢大马力机器、丘陵山区和设备园艺小型机器、高端智能机器研发制作并归入国度重点研发方案予以持久不变撑持。详细而言，农业乡村部农业机器化办理司和各省农业乡村厅正在推出丘陵山区农业机器化的相干政策，放慢补齐农机配备短板，这无疑进一步给杨福增如许对丘陵山区农机范畴连续攻关的科研事情者提拔了自信心。

　　“全国难事，必作于易。苹果采摘机械人是农业机械人范畴的难点和热门之一，到现活着界上还没有成熟的产物，它仍在科研范围。”杨福增说道。

　　2018年，借助农业乡村部苹果全程机器化科研基地建立项目和陕西省苹果科技严重专项，杨福增晓得时机来了。

　　杨福增团队近来正在研讨体积更大的采摘机械人，“较大致积、较大动力的机械人越停滞、跨沟坎才能会更强一点，庞大地块功课成绩可以获得比力好的处理。”杨福增以为，还需进一步的手艺立异和迭代，稳扎稳打，终极完成老式果园和庞大地块果园的机器化采摘。

　　机会成熟，艰难未减。苹果采收机械人是农业机械人研讨范畴的热门和难点，触及新工科数学根底、野生智能算法和模子、传感与智能化信息处置、主动化、机器设想等多项手艺和农业庞大多变场景。在中国知网搜刮有关苹果采摘机械人的研讨论文，触及的算法和模子加起来就有几十种之多，差别的学者有差别的研讨，差别的机型也有差别的算法。模子很庞大，哪一个更有用？算法有许多，哪一个更可行？这些成了摆在杨福增和团队眼前的艰难。

　　很多农机人以为，部门海内的农机企业其实不情愿破费须要的科研经费和工夫本钱在农机研发方面下工夫，而是间接照搬先辈适用的农机配备，稍作情势上的窜改后停止售卖，一朝一夕，这类做法对海内农机“洽商”手艺攻关、枢纽中心零部件创制和农机推行使用有百害而无一利。

　　处理好这几个方面的成绩，就意味着苹果采收环节中的辨认、定位、别离手艺找到了最优解，2021年3月，杨福增团队的第一台单臂采摘机械人研发胜利，并顺遂走进白水苹果实验树模站。2022年，在单臂采摘机械人的根底之上，团队为了进一步进步苹果采摘服从，又增长了一只采摘臂，苹果双臂采摘机械人成型。

　　杨福增团队在前人研讨的根底之上，对采摘手握持苹果的姿式、用力标的目的、用力巨细停止屡次测试。从实际、仿真到实地实验，团队别离肯定了两种握持地位，一是采摘手与苹果茎萼轴平行，二是采摘手与苹果茎萼轴垂直，终极肯定了采摘手与苹果茎萼轴平行是最优的三指握持姿势。基于这类三指握持姿势，团队又设想了垂直拉、程度拉科普短视频、垂直扭转和扭转—程度拽拉等4种采摘形式。

　　《天下农产物本钱收益材料汇编2021》的统计数据显现，2020年苹果每亩野生本钱曾经占到消费本钱的62.7%。乡村青丁壮劳动力外流，野生本钱的上涨也在不竭挤压着苹果财产的利润空间，伤害了果农栽种的主动性。

　　除野生采摘和采摘机械人以外，另有主动化帮助采摘和机器采摘两种情势。机器采收的次要是操纵机器外力振摇树体或树枝，使果实与树枝别离掉落，服从较高，但不分生熟无不同采摘，掉落还简单毁伤果实。半主动化帮助采摘是经由过程采摘帮助平台，完成起落功用和多人手工采收。

　　采摘机械人的研制与推行并非一件简朴的工作，而是一项体系化的事情。杨福增团队还将借助获批的“十四五”国度重点研发方案“丘陵山地通用动力机器创制与树模使用”项目，结合天下好比潍柴雷沃等为代表的优良企业，和中国农大、上海交大、北航等出名高校结合开启并促进丘陵山区的农业机器项目，尽快让科研机变成商品机，早日为苹果财产高效开展效劳。

　　2019年2月，《关于增进小农户和当代农业开展有机跟尾的定见》明白指出，我国人多地少，各地农业资本天禀前提差别很大，许多丘陵山区地块零星，不是长工夫内能片面实施范围化运营，也不是一切处所都能完成集合连片范围运营。当前和此后很长一个期间，小农户家庭运营将是我国农业的次要运营方法。

　　从一张张图纸、一行行代码变成下地功课的机械，1300余天，这台双臂采摘机械人怎样培养？西北农林科技大学机器与电子工程学院杨福增传授报告了我们谜底。

　　苹果双臂采摘机械人的实验胜利，意味着苹果采摘机器化向前迈出了主要一步，但机械人从实验胜利到下地使用另有很长的路要走，这仅仅是开端。

　　甘肃省静宁县曾经有30多年的苹果栽种汗青，全域苹果栽种面积超越百万亩，除当代化成范围果园以外，另有很多小户果农的存在。张娟科的家中栽种了4亩多苹果，她家也是静宁县浩瀚小户果农中的一员。“苹果打药、疏果、套袋、采摘等时节，工人比力慌张有关科学探究的作文，机械利用未几，都是亲戚熟人之间相互帮手。”张娟科的父亲暗示，本人家的果园栽种面积较少，关于苹果采摘机械人的利用，未来主要思索的必然是农机功课投入本钱和效益的成绩。

　　一眼望去，苹果采摘机械人橙黄色的双臂最惹人瞩目，同时功课的两条机器臂升降连接，行动有序，可以精准辨认、采摘、转运苹果，其行动纯熟度其实不亚于野生功课，但与野生差别的是，这台双臂苹果采摘机械人将来以至可以做到日夜不断采摘，完成无人自立化智能运转。

　　苹果采收机械人采摘播种事情其实不庞大，机械人可根据苹果的着色水平、光彩等先验常识和算法来判定果实能否成熟，由视觉体系辨认并肯定成熟果实地位，掌握体系公道计划途径，驱动施行体系抵达果实地位，采摘手完成抓握、别离行动后，挪动到苹果搜集箱迟缓开释苹果，最初机械人复位开端下一轮采收。

　　2009年，杨福增理解到美国正在做苹果消费机械人的研讨，他的心中也发生了研制苹果采摘机械人的设法。但受理想前提所限，并没有可以间接开端研制，他只能改变思绪，将心机放在前期的筹办事情上。

　　我国的苹果次要有渤海湾、黄土高原、黄河故道和西南冷凉高地四大产区，这些处所大多具有坡陡路窄、沟壑纵横、泥土前提多样等特性，对机械人的动力底盘宁静性、经由过程性、不变性及等高线功课提出了更高请求。好比甘肃省、陕西省苹果栽种区，地处黄土高原丘陵沟壑，地块碎小、高低不服，给采摘机械人的进入和功课都带来了不小的应战。

　　“苹果采摘机械人必定是将来的一个热门。2010年阁下我们开端规划，把采摘、打药和转运等机械人群体功课的创造专利先申报了。”杨福增引见有关科学探究的作文，团队每两年还会分派一到两王谢生，先尝探索究苹果机械人相干的研讨，为前面真正上手研制事情奠基根底。

　　与天下其他丘陵山区一样，很多散布在此的苹果园也都存在着“牛进得去，铁牛进不去”“无机可用”“无好机用”等成绩。于海内而言，我国苹果采摘机械人研讨起步较晚，近年，海内高校科研团队针对果园智能采摘机械人枢纽手艺展开了许多研讨，可是大多处于尝试室开辟阶段或测试阶段。今朝，海内市情可见的采摘机械人大多由科技公司推出，如阿里巴巴达摩院XR尝试室科普短视频、杭州乔戈里科技有限公司、深圳史河机械人科技有限公司，别离研制了差别的苹果采摘机械人并使用于果园。

　　这台机械人次要包罗行走体系、视觉体系、掌握体系、施行体系等4个别系，由智能履带底盘、深度相机、信息智能化处置模块、上位机（掌握器）、机器臂和采摘手构成整机，再加上前后两台装载转运机械人一同，构成一个苹果采摘—转运多机械人体系。

　　回到研制采摘机械人的起点，苹果采摘转运寻求的是高效和无损，这是从苹果消费角度提出的理想请求，但是机械人采择要做到这两点并不是易事。

　　杨福增报告记者，采摘—转运多机械人体系在白水苹果实验树模站停止调试与实验约莫一个月工夫，单臂单果采摘速率均匀约为7.5秒/个。将来投入利用后，开端估计双臂采摘—转运多机械人体系每小时可采摘约800个果实，相称于6至7棵果树，约10分钟一棵树。

　　至于推行使用，杨福增团队也表达了本人的观点，从德国汉诺威国际农机博览会欠好看出，可供丘陵山区农机配备研发参考的样机较少，因而立异研举事度更大。海内很多农机企业的立异气力仍有较大提拔空间，常识产权庇护力度较着不敷，产学研推联络还需求进一步严密。

　　“我们洛川县家家户户都是种苹果的，以是到了播种的时分，每一个人家里都很忙，工人们普通上家还没干完，下一家就预定好了，即便是四周县城的外埠人也欠好找。”路乐乐一家共栽种了20多亩苹果树，每一年在苹果套袋、疏果、采摘如许急需人力的时节，路乐乐一家城市苦于雇佣不到工人而忧愁。

　　这4个别系别离对应了机械人差别的身材“器官”，行走体系是苹果采收机械人的“双脚”，次要由履带底盘和导航构成科普短视频，卖力功课途径计划和避障行走；视觉体系相称于它的“眼睛”，由深度相机和信息智能化处置模块构成，能够完成辨认与定位苹果果实的功用；施行体系是苹果采收机械人的“双手”，包罗机器臂和结尾施行器，次要完成苹果抓握与采收等使命；掌握体系则代表机械人的“大脑”，中心是上位机，它集成了掌握界面和一切的软件模块，用来掌握全部多机械人体系。

　　杨福增口中所说的机械人，恰是2022年11玉轮相于农业乡村部苹果全程机器化科研基地（陕西白水苹果实验站）的双臂苹果采摘机械人。一双橙黄色机器臂操纵有序，行动和谐，一颗颗苹果被机械人精确辨认、采摘，再稳稳落入收纳框中，好像一位手艺纯熟的采摘工人。

　　以路乐乐家的苹果园为例，她家的果园曾经有30多年的栽种汗青。二十多亩的苹果，传统老式果园面积占有了一半以上，当代化果园只占了一小部门。谈到自家果园的农机使用状况，路乐乐说：“近两年新建的果园能够思索利用农机采摘，但传统老果园仍旧要革新后才气合用苹果农机功课。”

　　但是几十年来，我国的苹果园次要以传统的乔化老果园为主，树冠高峻、枝多株近、果园郁闭，再加上丘陵山区地形限定，这些都成为影响机械人采摘功课的次要身分，即便是曾经问市的采摘机械人，限于种植形式、办理形式、小农户购置力等缘故原由，实践推行使用另有较远间隔。

　　好比，机械人关于没有遮挡的苹果能够间接采摘，关于小部门遮挡的苹果能够迂回采摘，而关于较远栽种行的苹果则接纳不成采摘战略有关科学探究的作文。

　　“灵感的呈现是偶尔的，胜利也是需求颠末屡次的探究和煎熬，是一个厚积薄发的历程。”杨福增引见。颠末一轮轮地挑选和实验，团队研讨测试出头具名向采摘机械人的苹果采摘方法和及时辨认办法，它具有以下几个长处：提取目的快、辨认精度高、误采率低。这也就意味着，利用这类算法的机械人可以及时辨认苹果地位，对不怜悯况的苹果停止分类，并接纳差别的采摘战略，低落误采率，进而进步采摘的速率和精度。

　　假如农机的研制是为了苹果采摘“有机可用”，那末老式果园宜机化革新则是为了“让性能用”，为未来农机在更广范畴下地使用摊平门路。过往，因为乔砧果园栽植密渡过大，树冠大枝条过密，透风性透光性不敷，一来简单构成郁闭，影响果品格量；二来株间距小，机械人没法进入功课，树冠也会影响机械人的旌旗灯号体系。

　　为此，杨福增团队在持久处置丘陵山地农机配备探究的根底上，特地拔取履带底盘科普短视频，以增大与空中的打仗面积，同时，尽能够地低落机械人重心，加强不变性，让机械人能够在沟壑纵横的丘陵地行走和功课。当前，苹果双臂采摘机械人能在当代化的矮化密植苹果园大展技艺，可是面临老式果园和庞大地块的果园，仅做到这两点还远远不敷。

　　杨福增引见，据相关材料统计，我国丘陵山区占了疆土面积的近70%，产了约50%的生果，约30%的食粮，本地需求先辈合用的农机进步消费程度，保证食粮宁静。

　　按照《“十四五”天下农业机器化开展计划》，“十三五”以来，天下农作物耕作收综合机器化率到达71.25%，而丘陵山区农作物耕作收综合机器化率还不敷50%，低于天下均匀程度20%阁下。作为丘陵山区次要经济作物的主要组成部门，苹果财产的机器化率关于丘陵山区农作物耕作收综合机器化率的提拔相当主要。

　　杨福增以为，将来，更多的老式果园经由过程改密度、换种类、引手艺等完成宜机化革新后，将更合适苹果采摘-转运多机械人体系的利用。

　　“四臂采摘机械人可行性计划曾经论证经由过程，但三维空间的静态计划和协同不变是个成绩，四个臂同时动的话会发生必然打击力，机械的静态不变性需求非分特别留意。”对将来四臂采摘机械人的研制，杨福增自信心满满。

　　“我们需求把眼光放久远，为山区的老苍生做点实其实在的工作，为改进山区的消费前提、增进丘陵山区的农业机器化供给手艺支持。”谈起结合研制农业机器的项目，杨福增非常欣喜。

　　“机械人起首要瞪大‘眼睛’瞅得准树上的苹果，其次‘四肢举动’和谐可以得着苹果，最枢纽的是‘大脑’，能把‘眼睛’看到的信息智能化处置，快速、有用地传导给采摘手臂完胜利课。”望着正在苹果园中采摘的机械人，西北农林科技大学传授杨福增如许引见道。

　　机械人要想快速摘取苹果，必需先能快速辨认和精确定位苹果，并完成反应，此机会器人的“眼睛”和“大脑”就显得尤其主要，这就需求找到适宜的算法。但是在庞大的非构造化果园情况下，现有的算法大部门将苹果被树叶遮挡、枝干遮挡、果实遮挡或混淆遮挡等不怜悯况分别为一类，假如机械人世接采摘被遮挡的苹果，就极简单毁伤果实，以至破坏采摘手和机器臂，影响采摘服从和果实品格，或形成更大丧失。

　　苹果属于劳动麋集型财产，果树栽种、田间办理、采摘播种等环节都离不完工人到场。中国又是环球最大的苹果消费国，产量占环球苹果产量的50%以上，活着界苹果财产开展中占据主要职位。按照国度苹果财产手艺系统数据统计，2021年天下苹果栽种面积为3132.12万亩。国度统计局数据显现，2021年天下苹果产量为4597.34万吨。而像洛川县如许以苹果栽种为主的处所，常常会在农忙时节呈现用工慌张征象。

　　颠末层层测试，扭转—程度拽拉形式既能完成苹果采摘并且机械功耗最小，所需的均匀三指抓握力最小，能够完成“抓得稳、采得下”的最优目的。

　　胜利的背后，是杨福增团队无数次失利换来的。“从一个设法呈现到实验胜利并不是易事，失利是常态。科学范畴有一个666尝试法，阅历665次的失利才有第666次胜利的能够。胜利，仅是最初那一次。”杨福增说。

　　别的，苹果采摘机械人的采摘手也非常枢纽，作为与苹果果实间接打仗的部门，采摘手抓取采摘的行动计划不妥也会影响功课服从，对苹果形成毁伤。采摘手与苹果的打仗点选在那里？用甚么样的姿势抓握更不变？多大的力度最适宜？

　　“市情上险些没有甚么能间接用来套袋、采摘的农机，大部门仍是需求依托人力停止，雇佣的工人也很辛劳。”路乐乐说。

　　机械人实验胜利的动静备受外界存眷，杨福增暗示，如今有很多国表里高校科研团队和实体企业自动联络研发团队，理解苹果采摘机械人的研制状况，并提出协作、研发和推行志愿有关科学探究的作文。

　　据引见，今朝西北农林科技大学苹果采摘机械人在多方面完成了打破。一是辨认工夫快，只需求0.015秒就可以辨认出苹果果实的地位；二是采摘方法乖巧，差别于以往拉拽别离、振摇别离，采摘手停止仿生扭转拉拽，能耗小；三是采摘手臂多，在双臂采摘的同时能完成协同分歧，大猛进步了整机采摘服从。

　　将来，若有能够，杨福增团队方案起首集合劣势停止小批量试制和小面积树模使用，放慢产物优化改良，进步牢靠性，低落保护本钱，构成可复制的消费形式，终极以点带面，做好将来采摘机械人量产与大面积推行使用落地事情。

　　暮秋，园中的苹果挂满枝头，颗颗果实光彩红彤，披发出诱人的苦涩，但陕西省洛川县的路乐乐却高兴不起来。

　　苹果双臂采摘机械人的实验胜利，意味着苹果采摘机器化向前迈出了主要一步，但机械人从实验胜利到下地使用另有很长的路要走，这仅仅是开端。

　　放眼外洋，苹果采摘机械人的研发能够追溯到20世纪80年月，颠末几十年的开展，现在美国、德国、日本、以色列等农业兴旺的国度，别离研发了不怜悯势的智能采摘机械人。美国草创公司AbundantRo?botics接纳了计较机体系辨认、真空汲取的采摘方法设想，以色列的无人机生果采摘，玲珑灵敏，能够轻松飞到树梢采摘，德国操纵AI手艺对苹果成熟目标停止多维度计较，并将成果反应给机械人，采摘后还能够完身分拣使命。

　　从零的打破到双臂采摘机械人的实验胜利，看似仅仅用了四年的工夫，对杨福增而言，倒是全部团队十二年来冷静无闻的积聚。

　　杨福增表达了他的担心，如今的乡村地域，大部门是50至60岁，以至70多岁的人在干活，将来，因年齿增加而损失劳动力的农户退出农业消费以后，苹果财产开展也将面对后继乏人的困境。

　　据团队开端计较，将来量产后的苹果采摘机械人总本钱约为50至60万元每台，机械人属于手艺麋集型的高本钱产物，杨福增其实不鼓舞小户果农零丁购置利用苹果采摘机械人，机械人与农业的交融需求一个历程。好比当局出台灵敏有用的农机补助政策，经由过程农机专业协作社同一采购，面向小农户供给采摘效劳是一种更好的挑选。