机器人也能采茶了?
难度堪比“农田里绣花”
为了帮助茶农提升产量、增加收入,国家茶叶产业技术体系岗位科学家、浙江理工大学教授武传宇带领团队研发出智能采茶机器人,今年已研发到了第五代。
在浙江省丽水市的一个示范茶园里,记者见到该团队的陈建能教授。随着机械臂的移动,一颗颗茶芽被摘下来。陈建能介绍,智能采茶机器人的一个难点就是“识别难”。茶树芽叶不像水果蔬菜,形状规则、颜色差别大容易识别,茶树新长的芽叶和老叶的区别很小,形状又不规则,这给识别增加了很多难度。
从2019年开始,该团队针对人工智能深度学习、深度相机定位、机器人机械臂等在技术上进行不断的研发与测试。
据介绍,智能采茶机器人里有一套叫作深度卷积神经网络的识别模型,通过对大量茶树芽叶图像数据的学习,可以自动识别茶树芽叶。“前期我们向采茶机器人系统输入大量的茶树芽叶照片,通过处理和分析,采茶机器人就会记住芽叶的形状和纹理等,自己归纳出照片中芽叶的特征,输入的照片越多,机器人的知识库就越丰富,学起来也越扎实,对芽叶识别的准确率也就越高。”团队成员、识别组桂江生副教授介绍。
除了聪明好学的脑袋,智能采茶机器人还有一双厉害的“眼睛”,使用双目摄像头扫描茶叶,就和人的两只眼睛一样,实现3D定位,从而精准找到芽叶所在位置。
识别、定位好茶叶芽叶后,接下来就是怎么样快速、无损地把它采摘下来。这时就需要用到机器人的另一个法宝——机械臂。工业机器人处于一个人造的稳定环境,而农业机器人面对的是非结构化、千变万化的环境,这就对机械臂提出了很高的要求。
据了解,机械臂采茶分两步,一剪一吸。机械臂的末端有一把小剪刀,根据定位信息找准芽叶的叶柄,一刀下去,芽叶从枝头分离,同时附在机械臂末端的负压吸管,会把剪下来的芽叶吸进机械手的暂存盒中。
一般来说,早春茶一芽一叶在两厘米左右,叶柄只有几毫米,所以对机械臂的操作精准度要求非常高,剪歪了会破坏茶树枝梢,或剪下不完整的芽叶。一位团队成员感叹研发不易:“我们就好比在农田里绣花,让采茶机器人完成毫米级的作业任务。”
相较于之前几代,第五代智能采茶机器人目前采一颗芽叶时间在1.5秒左右,1小时可以采摘2000多颗,一天可以采4斤左右,目前还没有赶上人工的速度。陈建能表示,未来通过改进,一台机器可以实现3—5个人的工作效率。
团队成员介绍,目前,第五代智能采茶机器人的识别准确率达到86%,采茶成功率在60%以上,采茶精确度相较于前几代机器人大大提高。
目前,这款机器人还处于实验室阶段,接下来团队将继续研发,提高采摘效率和采摘质量。 据《中国青年报》