莫纳什大学研究人员开发的新型自主机器人技术有可能成为澳大利亚食品行业的“掌上明珠”，因为它可以应对劳动力短缺和对新鲜农产品需求增加的问题。

由莫纳什大学机械和航天工程系的Chao Chen博士领导的一个研究小组开发了一种自动收获机器人，该机器人能够在满负荷下短短7秒钟内识别、采摘和存放苹果。

继2月和3月在维多利亚州德鲁因的凡卡豪斯苹果公司进行广泛试验后，该机器人能够收获其视觉系统所识别的树冠内85%以上的苹果。

在所有收获的苹果中，只有不到6%的苹果因果柄脱落而受损。没有果柄的苹果仍然可以出售，但不一定符合一些零售商对苹果外观的要求标准。

由于机器人的作业速度被限制在最大速度的一半，每个苹果的平均收获速度为 12.6 秒。在简化的取放场景中，这一过程的周期减少到大约 9 秒。

使用机器人的额定作业速度时，单个苹果的收获时间可以缩短到7秒。

运动生成与分析实验室（LMGA）主任Chen博士说：“我们开发的视觉系统不仅可以通过深度学习在户外果园环境中对树冠范围内的苹果进行正确识别，还可以识别和分类障碍物，如树叶和树枝，以计算苹果摘取的最佳轨迹。”

自动收获机器人虽然是一项有前途的农业技术，但也给果蔬种植者带来了挑战。机器人收获水果和蔬菜需要视觉系统来检测和定位这些农产品。为了提高采收的成功率，减少收获过程中对农产品的伤害，还需要了解其形状、茎枝连接的位置和方向。

为了解决这个问题，研究人员开发了一种最先进的运动规划算法，其特点是快速生成无碰撞轨迹，以最大限度地减少摘取不同苹果之间的处理和移动时间，减少收获时间，最大限度地增加单个位置可以收获的苹果数量。

该机器人视觉系统可以识别摄像机在大约1.2米的距离内看到的90%以上的可见苹果。该系统可以在所有类型的光照和天气条件下工作，包括强烈的阳光和雨水，处理一个苹果的图像只需不到200毫秒。

“我们还实施了一种‘路径规划’算法，能够为树冠中95%以上可识别的苹果生成无碰撞轨迹。Chen博士说:“机器人只需要8秒钟就可以规划出抓取和存放苹果的整个轨迹。”

“机器人通过一个特别设计的气动柔软抓取器抓取苹果，该抓取器有四个独立驱动的手指和抓取系统，可以有效地抓取和采摘苹果，同时最大限度地减少对水果和树本身的损害。

“此外，抓取系统将苹果从树冠吸引到抓取器中，减少了抓取器进入树冠的过程，并减少损坏其周围环境。抓手可以从计划采摘的树冠上摘下超过85%的苹果。”

Chen博士说，该系统可以解决目前澳大利亚农业领域劳动力短缺问题，以及未来随着人口增长和耕地减少而出现的粮食危机。他说，技术进步也有助于提高水果的生产率，并吸引年轻人使用这项技术在农场中工作。

研究团队由莫纳什大学运动生成与分析实验室的 Chao Chen、Wesley Au 博士、Xing Wang 先生、Hugh Zhou 和 Hanwen Kang 组成。该项目由澳大利亚研究委员会产业转型研究中心计划资助。

（边永亮 译，李建平 校）