佐治亚州每年生产超过1.3亿磅的桃子,果园周围的农民和工人肩负着一系列重要的责任:修剪、间伐和采摘。

佐治亚理工研究院(GTI)的研究人员正在测试佐治亚大学格里芬校园的新理念:让机器人做这三项工作。

乔治亚理工大学研究所(GTRI)正在开发一种智能机器人,该机器人使用人工智能和复杂的导航来处理移除树枝、找到好桃子以及从树上移除桃子的任务。研究人员称,这种自动化、非人为的方法可以为佐治亚州的桃园节省大量成本。

“这是直接影响树木产量的因素,”GTRI首席研究工程师兼GTRI智能可持续技术部门主管Gary McMurray说在最近的新闻发布会上. “这是种植者口袋里的钱。”

乔治亚理工大学开发的机器人使用激光雷达和GPS在果园中进行自我导航。激光雷达系统通过激光瞄准目标并测量激光束的返回时间来确定距离,而GPS技术测量的位置精确到几分之一英寸。

工程师们的工作主要集中在间伐和修剪上,而不是收割。

研究人员训练该系统识别未发育的桃子,称为桃子。去除桃子,这一过程通常被称为间伐,对给定树木的产量至关重要。

负责机器人设计项目的GTRI高级研究工程师胡爱萍(Ai Ping Hu)表示,变薄可以让更大更好的桃子生长。

胡说:“如果你让所有的桃子都长成成熟,那么你最终会得到一棵真正的小桃树。”。“你想做的是拥有相对较少的桃子,但你希望剩下的桃子是好的、大的和甜的——那些你实际上可以出售的桃子。”

一旦到达桃树,机器人的嵌入式3D摄像头就会发现桃树,并用机械臂末端的爪状装置抓取桃树果实。

该机器人还接受过帮助修剪的训练,即在春季生长季节(通常发生在5月中旬至8月初)之前选择性地修剪树枝。这一重要的过程通常是手工完成的,使果树的更多内表面暴露在阳光下。

胡说,由于桃园的非结构化环境,包括不可预测的天气、不平坦的地形以及不同形状和大小的树木,今天的机器人都无法完全取代人类从事桃园种植业。

该机器人利用激光雷达遥感和GPS技术相结合,在桃园中进行自我导航。一旦机器人到达一棵桃树,它就会使用一个嵌入式3D摄像头来确定哪些桃子需要修剪或稀释。(来源:胡爱萍,佐治亚理工学院)

“目前世界上还没有一个机器人能像人类一样收获或削削桃子,”胡说,“这项技术还不太成熟。”

在简短的问答中yabovip16.com下面,胡解释了为什么提高机器人的能力如此重要,以便他们能够处理这样的非结构化环境。

yabovip16.com:早期使用机器人自动化收割过程的方法有哪些缺点?

胡爱萍:该项目的重点和新颖之处主要是桃树间伐,而不是采摘。与果实采摘相比,之前很少有专门用于间伐的工作(与人工要求大致相同).从机器人学的角度来看,这是一个更困难的问题,因为桃子较小,颜色与周围环境相似。

yabovip16.com:您的3D相机识别哪些特征以确定准备移除的桃子?

胡爱萍:我们训练卷积神经网络(深度学习)来识别桃子。RGB-D(颜色加深度)摄像头可以向机器人提供3D信息,然后机器人使用一种称为视觉伺服的技术来关闭反馈回路,从而允许将末端执行器爪与桃子共同定位。

yabovip16.com:你能给我介绍一个机器人如何在一个示例应用程序中自始至终地查找、拖动和修剪桃子的例子吗?

胡爱萍:果园中的每棵树都有一个已知的位置(通过RTK-GPS,比常规GPS精确得多)。机器人平台自动导航到给定的树,避免沿途的障碍物。然后,机器人手臂被展开以进行桃子细化。

下面是一段不错的视频:

yabovip16.com当前位置农民对这些演示有何反应?是完全取代人类完成这项任务,还是让机器人与人类一起工作?

胡爱萍我们的移动机器人手臂系统是一个研究平台,它是在与佐治亚大学格里芬校区园艺研究人员协商的基础上开发的,其目的是最终机器人平台将自主运行。通用机器人UR5协作机器人使其能够在人员周围安全运行。

yabovip16.com:机器人的时间和产量与人类工人相比如何?

胡爱萍:目前还没有一种现有的机器人能与人类的速度相媲美。但有些机器人正在接近收割速度,而且还有一些新成立的小型农业机器人公司。

yabovip16.com:机器人如何处理崎岖的地形?和高树枝?

胡爱萍:移动底座配有大胎面充气轮胎,可轻松翻滚根部和碎屑。对于我们的测试,我们一直专注于低挂桃子。

yabovip16.com:关于这项工作,下一步是什么?

胡爱萍:我们目前正在探索修剪,即在生长季节之前选择性地修剪树枝。我们都在尝试对过程进行建模,并根据现场太阳能信息为农民提供自动化建议,同时在同一移动机器人手臂平台上使用新的末端执行器实现实际切割的自动化。

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