浙江理工大学：茶园忙，新款采茶机器人来帮忙
近日，在西湖区西湖龙井原产地一级保护区的茶园里，除了忙碌的采茶工人外，还有三位特殊的“采茶小工”—— 智能采茶机器人。这三位“采茶小工”的研发团队正是浙江理工大学农业机器人与装备创新团队，由他们研发的智能采茶机器人能自主识别茶树芽叶进行采摘。
为了帮助茶农解决缺工荒、提升产量、增加收入，国家茶叶产业技术体系岗位科学家、农业机器人研发团队负责人武传宇教授带领团队，经过五年左右不断迭代，研发出了自主识别茶树芽叶的智能采茶机器人。
今年，智能采茶机器人已经更新到第六代。在过去五年的研发过程中，团队遇到了许多技术难点。“比如如何确保机器人精准识别茶树芽叶？如何让机器人适应茶园复杂的环境？如何精准无损采摘茶叶达到出售的标准？……”团队党支部书记陈建能教授表示。
从2019年开始，浙江理工大学农业机器人与装备创新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地研发与测试，突破了一个个难点。
智能采茶机器人要攻克的难点之一就是“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，这是非常难的。”团队成员贾江鸣副教授介绍。
智能采茶机器人是怎样识别芽叶和老叶的呢？采茶机器人里有一套叫做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。
通俗来讲就是利用人工智能的深度学习功能，让采茶机器人学会识别茶树芽叶。“前期我们会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解释。
除了聪明好学的脑袋，采茶机器人还有一双厉害的眼睛。经过不断地探索和实验，智能采摘机器人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，接下来就是怎么样能快速、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。“相比于工业机器人处于一个人造的稳定环境，农业机器人面对的是一个非结构化、千变万化的环境。这就对机械臂提出了很高的要求。” 团队成员、定位组贺磊盈副教授说。“风速、光照、坡度等因素都会影响机械臂的采摘。”
据了解，机械臂采茶要分两步，一剪一吸。机械臂的末端有一把小剪刀，会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2厘米左右，叶柄只有几毫米，芽叶一般长在老叶和老梗之间，所以对机械臂的操作精准度要求非常高，剪得歪了，就会破坏茶树枝梢，造成损伤，或剪下来的芽叶不完整。贾江鸣感叹研发不易，“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。”
“去年，我们第五代智能采茶机器人的采摘质量已经符合中端龙井茶的标准，我们也是第一次喝上了机器人采摘的茶叶。”贾江鸣表示，通过试验发现，拥有两支机械臂及两台识别相机的第五代智能采茶机器人，在图像识别和精准定位上的准确率都超过了90%。
从目前实验结果来看，全新升级的第六代智能采茶机器人比去年第五代提高了50%的工作效率，预计一台机器能代替1.5个人工，也就是说一台机器能够替代一个半工人，一天可采摘干茶1.5斤。
（通讯员 张若娴 光明日报全媒体记者 陆健）
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