【ZiDongHua之方案應(yīng)用場收錄關(guān)鍵詞：雷克智能 機(jī)器視覺 機(jī)器人 緯爾科技】
 
　　緯爾科技：棉花打頂機(jī)器人成為新疆棉種植的“黑科技”
 
　　“世界棉花看中國，中國棉花看新疆”，新疆已成為中國最大、世界重要的棉花產(chǎn)區(qū)。近年來，新疆棉花種植產(chǎn)業(yè)已基本建立全程機(jī)械化技術(shù)體系，以機(jī)械化采收為主線的棉花種植方法得到大規(guī)模推廣。
 
 
　　圖1緯爾科技棉花打頂機(jī)器人
 
　　在棉花生長過程中，擇植株生長旺盛的時機(jī)，去除“一葉一心”，即棉花植株的頂部和一片初生葉片，抑制頂端優(yōu)勢，調(diào)節(jié)植株養(yǎng)分多向分支運(yùn)輸，這種提高果實(shí)產(chǎn)量的方法叫做“打頂”。
 
　　有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)機(jī)械打頂和藥物打頂，新疆植棉大戶普遍更加認(rèn)可人工打頂?shù)男Ч?。然而，人工打頂需要勞動力多、效率低，與當(dāng)前棉花生產(chǎn)輕簡化方向不一致。有數(shù)據(jù)測算，人工打頂?shù)馁M(fèi)用為每畝地60~90元，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)每年開展棉花人工打頂工作的花費(fèi)高達(dá)2.432億元。
 
　　灌溉、施肥和病蟲害防治等植保環(huán)節(jié)，同打頂一起被認(rèn)為是棉花種植全流程的重中之重。前者已衍生出精準(zhǔn)、綠色、智能的植保手段。由于打頂過程涉及對棉花植株的精細(xì)操作，且傳統(tǒng)機(jī)械打頂和藥物打頂對植株的損傷程度高，因此棉花種植領(lǐng)域?qū)ぷ餍矢?、漏打率低的自動化棉花打頂方案需求日益凸顯。
 
　　1
 
　　感知環(huán)境，精準(zhǔn)打頂
 
　　關(guān)注到棉花打頂這一“機(jī)器替代”難題，來自深圳市緯爾科技有限公司（以下簡稱“緯爾科技”）的初創(chuàng)團(tuán)隊，從棉花頂精準(zhǔn)檢測技術(shù)做起，逐步推出成熟的棉花智能打頂機(jī)器人解決方案。
 
　　緯爾科技創(chuàng)始人柳錚談道：“最初做市場調(diào)研時，我們就注意到棉花打頂流程相較棉花種植其他環(huán)節(jié)來說，機(jī)械化率顯著偏低。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)棉花打頂機(jī)械使用‘一把揪’的方式打頂，市場上以棉花頂識別為基礎(chǔ)的智能棉花打頂解決方案只有不到70%的成功識別率，因?yàn)樗鼈円琅f無法應(yīng)對棉花植株葉片互相遮擋的問題。”
 
 
　　圖2緯爾科技棉花打頂機(jī)器人
 
　　無法在視野中看到棉花頂，又如何精準(zhǔn)去除棉株頂心頂葉呢？緯爾科技研究團(tuán)隊自建千萬級棉花頂葉數(shù)據(jù)集，為機(jī)器人搭載3組雙目視覺三維系統(tǒng)，利用雙目視覺三維重建算法，幫助機(jī)器人精準(zhǔn)識別不同性狀的棉花頂，從而推理出適宜切割的位置。打頂機(jī)器人能通過傳感器判斷棉花的高低，驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)的割刀升高或者降低，為棉株精準(zhǔn)打頂。該機(jī)器人的棉花頂識別率高達(dá)99%以上，打頂率高達(dá)95%，漏打率低于人工打頂。
 
　　傳統(tǒng)機(jī)械打頂操作不夠穩(wěn)、準(zhǔn)，經(jīng)常造成對蕾鈴的碰撞或過度擠壓，從而導(dǎo)致部分蕾鈴損壞甚至脫落，影響產(chǎn)量和品質(zhì)。考慮到以上誤傷情形，緯爾科技研發(fā)團(tuán)隊為棉花智能打頂機(jī)器人的割刀配備刀罩，能夠有效保護(hù)棉花頂部的其他莖葉，最終將誤傷率降至2%以內(nèi)。
 
　　2
 
　　高效作業(yè)，搶抓農(nóng)時
 
　　新型農(nóng)機(jī)農(nóng)械能否受到種植戶的歡迎，除農(nóng)藝執(zhí)行度外，還要考慮單畝經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)器人具備3組雙目視覺攝像頭做圖像識別，36個機(jī)械臂同時上下作業(yè)，棉花智能打頂機(jī)器人能夠24小時在田間工作，不分晝夜和天氣，一小時打頂十畝地，作業(yè)綜合效率是傳統(tǒng)人工棉花打頂?shù)?0倍，為棉花種植戶帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
 
　　為確保高水平作業(yè)，機(jī)器人的行進(jìn)速度被控制在3km/h左右。“機(jī)器行進(jìn)越快，對系統(tǒng)整體時延的要求就越高。首先，團(tuán)隊將電氣系統(tǒng)一系列鏈路延時降到最低；其次，團(tuán)隊優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保證機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時具備較高的實(shí)時性；最后，在動作策略上，根據(jù)任務(wù)時序，我們將比較緊急的路徑和不太緊急的路徑拆分，做提前的運(yùn)動預(yù)處理，”柳錚分析說，“相當(dāng)于運(yùn)動員在鳴槍前的起跑姿勢，割刀在執(zhí)行任務(wù)前把狀態(tài)調(diào)節(jié)至最佳，以便將后續(xù)的執(zhí)行時間壓縮到最短。”
 
　　想要幫助精準(zhǔn)作業(yè)模式普及和落地，就要簡化繁瑣的操作配套設(shè)施。機(jī)器人可以一鍵啟動作業(yè)模式，由高地隙拖拉機(jī)牽引完成打頂任務(wù)，大屏觸控平板上能夠?qū)崟r查看機(jī)器人行駛里程和速度、機(jī)械臂健康度、當(dāng)前打頂率和作業(yè)面積，以及實(shí)時監(jiān)控打頂情況，輸出作業(yè)質(zhì)量報告。目前，緯爾科技研發(fā)的棉花智能打頂機(jī)器人已經(jīng)在新疆的10個地區(qū)完成田間測試，協(xié)助新疆農(nóng)業(yè)服務(wù)商承接超10萬畝棉花打頂任務(wù)。
 
 
　　圖3棉花打頂機(jī)器人控制中心
 
　　3
 
　　農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)械最終形態(tài)
 
　　無論是諸如播種機(jī)、收割機(jī)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，還是以農(nóng)業(yè)機(jī)器人為代表的新式農(nóng)械，都是用以支撐引領(lǐng)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國建設(shè)的農(nóng)業(yè)科技。柳錚認(rèn)為，智能農(nóng)機(jī)與農(nóng)業(yè)機(jī)器人的概念在本質(zhì)上無法割裂，二者的區(qū)別主要在于人工智能技術(shù)應(yīng)用深度不同。
 
　　人工智能技術(shù)能夠賦能機(jī)器人識別田間環(huán)境、分析植株長勢、獲取自身定位等。柳錚表示，機(jī)器視覺對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的深度發(fā)展有著重大意義。他分析道：“人類日常從視覺中獲取到的信息量遠(yuǎn)高于其他感官，機(jī)器人也一樣。使用機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)棧替代農(nóng)機(jī)解決農(nóng)業(yè)困境，關(guān)鍵在于機(jī)器人環(huán)境感知能力和數(shù)據(jù)集建設(shè)完整度，而這兩種要素的提升都離不開機(jī)器視覺的加入。”一方面，機(jī)器人通過雙目視覺，判斷如何調(diào)控作業(yè)機(jī)構(gòu)來更貼合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大模型需要充足的數(shù)據(jù)集為支柱，而這些數(shù)據(jù)需要機(jī)器視覺搭載在機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)收集。
 
　　因此，在機(jī)器視覺的幫助下，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精度、效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度還有很大提升空間，各類農(nóng)用機(jī)械向迎合用戶經(jīng)濟(jì)效益的方向迭代，將以更智能、更精準(zhǔn)、更綠色的農(nóng)業(yè)機(jī)器人形態(tài)，惠及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全流程。
 
 
　　在棉花種植領(lǐng)域外，緯爾科技在除草和插秧作業(yè)領(lǐng)域，相繼推出智能對行除草機(jī)器人和插秧作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測模組。智能對行除草機(jī)器人采用高精度視覺模組，用于高效完成植株行間除草作業(yè)。該機(jī)器人除草精度可達(dá)±2.5cm，除草率最高可達(dá)95%以上，一小時可以作業(yè)上百畝，有效幫助農(nóng)戶解決有機(jī)作物的除草問題，減少人工用量，提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量。插秧作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測模組通過攝像模組采集作業(yè)結(jié)果，通過算法分析當(dāng)前插秧作業(yè)有無缺苗，并通過燈光提示。機(jī)器人將分析結(jié)果上傳至云平臺，系統(tǒng)匯總整個檢測數(shù)據(jù)，農(nóng)戶可以自定義查看缺苗熱力圖，有助于實(shí)現(xiàn)規(guī)模農(nóng)田的信息化、無人化建設(shè)，提高插秧作業(yè)的質(zhì)量和效率。
 
 
　　現(xiàn)階段，棉花智能打頂機(jī)器人已在新疆等國內(nèi)主要棉花種植區(qū)取得了顯著的應(yīng)用成果。柳錚提出，當(dāng)前農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)鑒定領(lǐng)域存在短板弱項(xiàng)，緯爾科技積極推動新產(chǎn)品《農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱》落地，同時注重關(guān)懷種植戶需求，以靈活的售后模式宣傳農(nóng)業(yè)機(jī)器人的便利性和高效益性。據(jù)悉，在棉花耕、種、管、收全流程智能化種植體系中，仍有部分農(nóng)藝亟待推廣精細(xì)作業(yè)模式，緯爾科技研發(fā)團(tuán)隊將持續(xù)專注于大田管理環(huán)節(jié)，研發(fā)棉花生長期全流程信息化管理技術(shù)，推動機(jī)器人感知能力提升和精準(zhǔn)作業(yè)能力突破實(shí)現(xiàn)雙管齊下，助力我國農(nóng)機(jī)農(nóng)械智能化發(fā)展再上新臺階。