上图向我们展示了一个苹果收割机器人，该机器人将自动导航苹果园并从树上准确地摘取水果

苹果采摘机器人项目背景

Amir Degani(简称AD)是Technion技术研究所的助理教授，Avi Kahnani（AK）是以色列机器人初创公司Fresh Fruits Robotics（FFR）的首席执行官兼联合创始人。他们在一起开发了苹果采摘机器人，该机器人可以在苹果园中自动导航并从树上准确地摘取水果。

苹果采摘机器人项目是如何实现的？

AD:由于成本在农业中非常重要，因此我们试图降低价格并找到执行特定任务的最佳机器人。我们实际上做的是不同的任务，尽管它们看起来与我们非常相似，例如苹果采摘，橙子采摘或桃子采摘。如果您查看机器人的运动学，它们实际上是非常不同的。我们可能需要不同的接头，不同的长度等等。因此，我们需要收集数据并对果树建模，进而优化，并且正在寻找针对特定任务的最佳机器人。这是我们几年来一直在努力的事情。作为这项工作的一部分，我们不仅要设计最佳的机器人，而且还要着眼于果树的设计，查找最佳树以进一步简化机器人。

机器人如何工作及其组件的信息

AD：FFR机械臂具有视觉系统，可以对苹果进行分割和检测。找到苹果后，它会向控制器提供空间中位姿信息，然后机械臂伸手去拿水果。它的末端有一个欠驱动的抓爪，带有单个马达，可抓取苹果并将其旋转约90度以使其脱离果树。手臂不会回到原始位置，只是缩回一点，放开，然后将苹果放入容器中。在实验室中，我们现在专注于移动机器人本身的自动化。我们有一些移动机器人如Warthog，Husky和Jackal上，Fruit Fresh Robotics主要致力于机械手的设计。

正在使用哪种视觉传感器？

AD：在Warthog上，我们有一个IMU，位于前方的SICK LIDAR，一个位于Pant-Tilt单元上的立体摄像机和一个GPS。手臂使用Kinect进行感应，FFR也在研究TOF传感器，以在现场提供更好的鲁棒性。

机器人准备在微软的Think Next展览上从树上摘下一个苹果

您会说自动化采摘苹果过程中最具挑战性的部分是什么？

AD：我认为最困难的事情是制造性价比高且稳定的设备。我认为最好的方法不仅是考虑机器人，还要训练树木以使其更简单。现在，在过去的一两个世纪中已经完成了这项工作，以简化人类的收获工作。在极端情况下，您会看到几乎是平面的果壁。他们这样做是为了使人类收割机更加简单。这对于机器人收割甚至更为重要。试图让一个机器人在完全天然的树上采摘苹果非常复杂，您很可能需要6-7自由度的机器人来做。就视觉而言，感知将非常困难。人们过去曾经尝试，这样使整体都变得太昂贵了，农民无法使用。

通过采摘较简单的树木（这些树木经过与我们与Fresh Fruit Robotics的合作进行了培训和修剪），您实际上可以使用三自由度机器人（最简单的笛卡尔机器人）进行采摘。但是，我认为您甚至可以进一步将树做成更适合机器人的形状，比如说四分之一圈。这可能对人类不利，但对机器人而言可能是完美的，也许将使我们能够使用仅需要两个自由度的简单机器人。因此，使系统增强同时降低成本是最困难的部分，为此，您也必须在树上。

您究竟如何训练树木？

AD：实果墙等训练系统要求高密度种植，同时确保树干和树枝不会太厚。为此，您必须使用网格和其他工程支持系统来支持他们。想设计它们最佳，以便所有能量和水能够流向水果，而不是树本身。现在已经完成了一段时间，而我们基本上对此看好。如果我们希望机器人进行采摘和收获，那么对机器人而言，简化树木对机器人而言甚至比对人的工作更为重要。

机器人可以自主导航和巡逻苹果园吗？

AD：暂时不行。现在，我们正在所有机器人上进行此操作。目前，我们正在尝试对果园进行全面SLAM，以便进行巡逻以收获。

您如何补偿天气影响？

AD：在以色列，天气相对温和，因此问题通常出在阳光和风而不是雪和雨上。天气产生的主要问题是机器人的感知，必须补偿光线和物体位置的变化。为了克服这个问题，FFR使用了一个帐篷之类的设施来遮盖树木和机器人。如果有风，则必须使用快速闭环控制，因为如果目标被感知后就开始移动，则系统必须一直跟踪该目标，以使抓取器能够准确地抓取目标，而不是10秒前的地方。

您为什么选择该项目的Warthog？

AD: 我们已经有一段时间了赫斯基UGV。我们还有10年前的一些较旧的机器人，例如我们将其修改为半自动的拖拉机。但是，这些车辆都没有足够的强度足以在易于控制的同时进行实际工作。我们想装满重达半吨以上的水果的箱子，而我们没有机器人可以做到这一点。另外，我想让我的学生学习一些东西，并将这些算法应用于可以在现场工作的实际大小的机器人。我们从TurtleBot开始学习ROS，然后又搬到了Husky。然后，我想要一些我可以扩大规模并真正搬到现场的东西。那就是我们现在正在做的。

您是如何集成的？

AD:机械集成非常容易，我们尚未完全完成电气集成。我们有两个单独的控制器和两个单独的电气系统。稍后，由于电气系统或多或少使用相同的电压，因此将电气系统插入机器人相对容易。但是现在它已经解耦了。

您是否可以量化手动拣选机器人的效率和成本收益？

AK: 我们设计的系统每小时可采摘大约10,000个高质量的水果-采摘时不会损坏水果。假设仅在白天工作，该机器人可以为农民节省25％的收割成本。重要的是要了解，通过更换末端执行器（夹具）和软件模块，同一系统将能够采摘其他新鲜水果。该选项可以收获多种水果类型，大大提高了系统的效率。

采摘的苹果被放置在Jackal UGV顶部的篮子中，并在展览中交给人们

CEAR实验室的下一步是什么？

AD：我们将继续研究机械臂优化的理论部分。我们正在研究有关机械臂的可重新配置性的新想法–让机械臂执行不同的任务，并且很容易从一项任务切换到另一项任务。借助Warthog，我们正在致力于苹果园的自主导航，还正在从事与搜救有关的非农业项目。我们在灰熊上设计了一个悬挂系统，并在其顶部安装了一个担架。这样做的动机是能够在崎岖的地形中自动撤离因伤害而受伤的人。

相关研究成果展示

西维吉尼亚大学的机器人团队使用的Husky UGV进行机器人植物授粉项目。观看正在运行的授粉机器人，请单击下方视频链接：

移动抓取机器人在进行植物授粉操作：https://mp.weixin.qq.com/s/6Q8ggHykXh17J9tOFhHZag

参考网页：

https://www.ffrobotics.com/

http://www.producegrower.com/article/nasa-award-winning-robot-artificial-pollination-blackberries-west-virginia-university/