智能秋收｜番茄种植大棚内的“新员工”前来报道

出品：科普中国

作者：孔德义、吴银亭（中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所）

监制：中国科普博览

智能秋收小助手名片

小助手：番茄采摘机器人

大脑：ROS系统

四大核心技术：深度学习算法提高果实识别率；微小型摄像机判断果实成熟度；机械手臂实现采摘；无轨式移动底盘保证灵活行驶

能量值：5颗星

证件照：

番茄采摘机器人

（图片来源：作者）

智能秋收小助手自我介绍

番茄大家都吃过，但番茄是由谁采摘的呢？我！

我是番茄采摘机器人，主要的工作就是采摘番茄。我出生于2021年，是由中国科学院合肥物质科学研究院的科研人员制造而成的。大家可别看我只有2岁，但我已经能够熟练地在植物工厂等室内环境中完成樱桃番茄的自动化采摘啦。

我之所以能够灵活高效地完成采摘工作，是因为我的大脑中植入了ROS系统。ROS是“机器人操作系统”的英文缩写，它是一种高度灵活的开源软件架构，可以利用大量的共享资源，极大提高研发效率，因而正在被越来越多的机器人研发人员采用。

和人类的手臂有所不同，我主要使用我的机械臂和机械手对成熟番茄进行逐个采摘。

我的手臂上安装了一台微小型摄像机，相当于我的“眼睛”，它能帮助我通过果实颜色来判断果实的成熟度。对于判定为成熟的果实，我还能快速计算出其所在位置，随后ROS系统（也就是我的大脑）会控制机械臂运动到果实附近，进而利用安装在机械臂末端的机械手完成对果实的采摘。

不同成熟度的番茄

（图片来源：veer图库）

熟没熟？怎么摘？这些我都知道！

利用深度学习算法，我会事先对大量的小番茄果实进行识别训练，从而大大提高我对目标的识别准确率；通过对采摘机械手的精心设计以及对机械臂运动过程的精准控制，我还可以提高对小番茄果实的采摘成功率。

通常来说，在植物工厂环境下培育的小番茄，同一品种果实的大小差异不大，所以我的机械臂能精准摘下每一颗小番茄，而无需担心掉落。倘若碰到不同品种间尺寸差异较大的番茄，科研团队也会为我设计专用的采摘机械手。

番茄的果实较软，果皮较薄，为了保证在采摘过程中不损伤果实，我的机械手指指面是一层特殊的软胶材料，因此在夹取果实的过程中不会损伤果实。另外，该软胶材料表面粗糙，摩擦力较大，这样可防止果实在“手”中滑动脱落。

我的采摘对象是矮株小番茄，小番茄的挂果位置比较分散，因此我的采摘方式是一次只采摘一个小番茄果实，单个果实的采摘时间大概是10秒左右。

对于挂果较为集中的串式高株番茄，通过更换机械手，我可以一次采摘一串小番茄果实。

成串小番茄

（图片来源：veer图库）

有些采摘机器人采用的是有轨式移动底盘，机器人只能沿着固定的导轨移动，这就要求番茄植株的位置与机器人导轨的位置都必须保持固定，不能随意变动，对作业场地环境的适应性不强，不太适合像植物工厂这样的半结构化环境。

而我则不同，我采用的是无轨式移动底盘，可全向、大范围自主移动，可原地定点360度转向，灵活机动，尤其适合在植物工厂培育架之间的狭窄空间内作业，而且无需在地面铺设导轨或引导地标，对植物工厂而言更加“友好”。

精准投喂：采摘完毕后的放置工作

已经给大家介绍了很多我在采摘时的各项功能，但你是否会好奇，在采摘完毕后，我又是如何将采摘完的番茄果实准确地放进诸如果盘、篮子等指定位置中呢？

其实很容易！我只需要事先通过手臂上安装的摄像机检测到果盘目标信号，然后对果盘中心进行定位，再将该位置坐标发送给我的大脑（ROS系统），随后ROS系统会发出指令——控制机械臂和机械手运动到目标位置上方，松开手指，将果实准确放入果盘中。

在手掌与机械臂之间是我的“小臂”，它一方面延长了机械手的作业空间范围，使机械手能够摘取到更远处的番茄果实。另一方面，在“小臂”中安装有控制机械手开合的电机，当电机正向转动时，机械手收紧夹住果实并将其摘下，然后移动到指定位置，电机反向转动，机械手松开将果实放下。

小助手寄语

当然啦，我的功能并不仅仅是协助番茄的采摘。当科研人员对我进行二次技术开发后，我还能采摘其他的果蔬品种，或进行授粉以及其他作业。

虽然我是一个机器人，无法像大家一样亲口尝到番茄的味道，但通过我的帮助让每个人都品尝到可口的番茄对我自己来说也是一件很幸福的事情。以后我也会有更多新的功能亮相，请期待我以后的表现吧！