智能化時代，如何讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也變得智能化?

隨著新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)器人逐步邁向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主力軍的行列，推動智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類型，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?

智能農(nóng)業(yè)賽道，江蘇省農(nóng)科院已經(jīng)深耕50余年。推動江蘇省乃至全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)變革和轉(zhuǎn)型發(fā)展，是如何實(shí)現(xiàn)智能化管理的？

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心——智慧大棚多維度監(jiān)測

農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息中心，圍繞信息感知與模式識別、數(shù)據(jù)分析與智慧決策、智能裝備與智慧化管控、農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息服務(wù)四個方向展開智能農(nóng)業(yè)研究。

其中，智慧大棚是智能溫室農(nóng)業(yè)的典型代表。

       大棚內(nèi)的農(nóng)業(yè)智能設(shè)備，通過預(yù)裝多種作物生長所需的適宜環(huán)境參數(shù)，搭建溫室智能化軟硬平臺，實(shí)現(xiàn)對溫室中空氣溫濕度、二氧化碳、土壤溫濕度等因子的自動監(jiān)測和控制。通過采集回來的數(shù)據(jù)，控制設(shè)備可以自動控制大棚內(nèi)的執(zhí)行設(shè)備，實(shí)時自動調(diào)節(jié)、檢測，使大棚內(nèi)各個環(huán)境指標(biāo)趨于一個理想水平，讓番茄擁有良好的生長環(huán)境。

智慧大棚缺關(guān)鍵性一環(huán)——智能采摘       

       在果蔬種植過程中，農(nóng)業(yè)科技學(xué)院信息中心技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，雖然果蔬大棚數(shù)據(jù)監(jiān)控、檢測等均可實(shí)現(xiàn)自動化，但果蔬采摘作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，目前還依賴于大量勞動力的參與。隨著我國人口老齡化的日益加重，導(dǎo)致勞動力成本攀升，同時現(xiàn)代農(nóng)業(yè)往著設(shè)施化、機(jī)械化和智能化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的依靠大量勞動力的果蔬采摘模式已經(jīng)不能滿足未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求，同時結(jié)合團(tuán)隊(duì)發(fā)展需要，急需開展設(shè)施果蔬采摘機(jī)器人相關(guān)研究。

傳統(tǒng)采摘方式

      為了尋求解決方案，農(nóng)業(yè)科技學(xué)院信息中心進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)中科深谷果蔬采摘機(jī)器人具有很好的通過性和自主性，其視覺采摘技術(shù)滿足他們以代替人工進(jìn)行采摘的需求。

四輪四轉(zhuǎn)采摘機(jī)器人——實(shí)現(xiàn)果蔬采摘無人化作業(yè)

2021年8月，中科深谷四驅(qū)四轉(zhuǎn)采摘機(jī)器人正式在農(nóng)業(yè)科技學(xué)院信息中心投入使用并取得良好的應(yīng)用效果。

Slam室內(nèi)導(dǎo)航激光雷達(dá)技術(shù)

       中科深谷四驅(qū)四轉(zhuǎn)采摘機(jī)器人采用業(yè)界先進(jìn)的slam室內(nèi)導(dǎo)航激光雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)建圖，路線規(guī)劃，自主導(dǎo)航。通過激光雷達(dá)建立環(huán)境的結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)激光定位和導(dǎo)航算法，參考地圖，根據(jù)定位點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)自動規(guī)劃路徑，控制機(jī)器人運(yùn)動。且當(dāng)運(yùn)行過程中有障礙物時，導(dǎo)航系統(tǒng)會檢測采集，自動避障。運(yùn)動到合適的位置后，機(jī)械臂控制器會根據(jù)視覺控制器反饋的信息控制夾爪采摘西紅柿，放入車體上的果蔬筐中。

視覺抓取系統(tǒng) 提供開源算法和案例      

      控制系統(tǒng)采用ROS通訊架構(gòu)，通用靈活，易擴(kuò)展，各子模塊均提供ROS接口，可以靈活調(diào)整相機(jī)的安裝方式，滿足Eye-to-hand和Eye-in-hand的使用需求，控制系統(tǒng)可以快速匹配不同的相機(jī)安裝方式進(jìn)行手眼標(biāo)定和控制，使用OpenCV進(jìn)行開發(fā)，提供開源的圖像處理算法和應(yīng)用案例，在該平臺的基礎(chǔ)上，可以搭建開發(fā)各種場景的視覺抓取應(yīng)用。

底盤運(yùn)動靈活 軌跡跟蹤精度高

      該機(jī)器人底盤采用中科深谷自主研發(fā)的四輪驅(qū)動和四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向移動機(jī)器人 ，運(yùn)行平穩(wěn)，精度更高，采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對直線運(yùn)動進(jìn)行航向角度的閉環(huán)控制，直線行駛效果好（直線行駛100米，左右偏差不到10厘米），尤其適合空間受限的狹窄的大棚內(nèi)的作業(yè)。

四驅(qū)四轉(zhuǎn)帶懸架設(shè)計，運(yùn)載能力大，可以達(dá)到120KG，抗振及越障能力強(qiáng)，適合更復(fù)雜的路面。

       提供航模遙控器的遙控功能和無線串口的監(jiān)控軟件監(jiān)控功能。底盤結(jié)構(gòu)小巧，內(nèi)部空間大，載重能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)向靈活，帶懸架的設(shè)計，能適應(yīng)更多的路面；采用四驅(qū)的設(shè)計，動力和越野能力強(qiáng)；四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的設(shè)計，運(yùn)動靈活，軌跡跟蹤精度高。

四驅(qū)四轉(zhuǎn)移動機(jī)器人的控制界面

四驅(qū)四轉(zhuǎn)移動機(jī)器人的軟件示教界

柔性采摘 誤差小

      機(jī)械臂負(fù)載5kg，工作半徑70cm；提供點(diǎn)到點(diǎn)控制接口、速度控制接口、能進(jìn)行軌跡控制、具備保護(hù)性停止功能、零力拖動功能；點(diǎn)到點(diǎn)位置控制誤差1cm。

       柔性電動夾爪是內(nèi)部集成伺服系統(tǒng)的小型電動夾爪。其軟材料可安全地夾取易碎易損的物體；自適應(yīng)仿生結(jié)構(gòu)無需定制手指形狀，控制簡便,適應(yīng)多種形狀規(guī)格可以安全地夾取西紅柿等類似的水果；控制簡便。

      中科深谷四驅(qū)四轉(zhuǎn)采摘機(jī)器人在無軌道無外部路標(biāo)情況下，可以在狹窄農(nóng)業(yè)環(huán)境中的作業(yè)，具有很強(qiáng)的通過性和自主性，Slam定位下的自主導(dǎo)航技術(shù)，以及視覺識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的控制及抓取，代替人工進(jìn)行水果采摘，為智能果蔬的無人化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

未來智能采摘機(jī)器人可以有效節(jié)約勞動力，降低農(nóng)業(yè)成本，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，加速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

智能采摘技術(shù)的滲透將進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的價值和優(yōu)勢，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

在這場助力智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的騰飛中，中科深谷必將成為其中的積極參與者。