让番茄好吃又好摘

陈春全

农业采摘智慧化

番茄也叫西红柿，是茄科、茄属的一年生草本植物。它原产于南美洲安第斯山脉，大约在明朝万历年间被引种到我国两广地区。最开始的时候，番茄被当作观赏或药用植物而小范围栽种，直到上个世纪50年代，我国才将番茄作为食用果蔬而大面积种植。

番茄味道鲜美，酸甜适口，不过采摘起来有点麻烦。因为番茄的果实每穗上一般能结3—5个果实，彼此挨得很紧，但是同一穗上的果实成熟时间大不相同。因此，如何实现番茄的非人力采摘，一直是困扰科学家的难题。

2021年，由中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研发的番茄采摘机器人横空出世。经过两年多时间不断改造和完善，这款机器人已经能够熟练地完成番茄的室内自动化采摘。

机器人操作系统

俗话说得好，“火车跑得快，全靠车头带”。番茄采摘机器人首先要拥有强大的“大脑”，这就是ROS系统。

所谓ROS系统，其实是“机器人操作系统”的英文缩写。简单地说，机器人操作系统的作用就是帮助程序进程之间更方便地通信。

机器人一般由传感器、驱动程序、多机通信，以及机械结构等构成，而选择一个通用的开发框架是事半功倍的好事情。科学家将番茄采摘机器人的软件功能分化成一个个节点，比如识别成熟果实、机械臂运作等，这些节点之间在操作系统的统一指挥下展开沟通。

采摘机器人识别果实成熟情况番茄相似，也是通过机械臂、机械手逐个采摘果实，不同的是，人类凭肉眼就可以分辨番茄是否成熟，番茄采摘机器人则依靠安装在机械臂上的摄像机，按照预设程序，通过果实颜色来判断成熟与否。随后，操作系统会控制机械臂移动到成熟的番茄附近，使用机械手采摘下来。

仿生式机械手

采摘过程看起来很简单，但实际遇到的问题远超想象。

原来人工集中栽培的番茄，同一批次的果实大小、成熟度相差都不大。如果是自然条件下或者种植的品种不同，番茄采摘机器人面临的挑战就是成倍增加。

机械手在工业方面的使用已经非常成熟，但是农业生产环境复杂，对机械手的要求就提高了不少。

首先，果蔬存在质地脆弱、容易碰伤及擦伤等问题，因此科学家专门设计了特殊的软胶材料，均匀覆盖在机械手的表面。这种材料表面粗糙，摩擦力较大，既不会弄伤番茄，又最大限度地防止滑落。

其次，番茄品种繁多，其植物个体差异也很大，比如常见的番茄植株高度都在1米左右，最高可达2米，矮的则仅60厘米。品种间的巨大差异给番茄采摘机器人带来了挑战。

不用担心，科学家有办法解决。对于挂果比较分散的番茄，番茄采摘机器人一次只采摘一个果实；对于植株较高、挂果又集中的番茄，则通过更换机械手的方式，一次采摘一串番茄。不论哪一种方式，番茄采摘机器人采摘一个番茄平均需要10秒。

无轨式移动底盘

采摘仅是第一步，接下来番茄采摘机器人要将这些番茄完好地放到果篮、果筐中。这就需要它们能够自主移动。

国外采摘机器人很多都采用有轨式移动底盘，也就是说它们要在预先铺设好的轨道上移动。我国科学家则选择了无轨式移动底盘。

无轨式移动底盘可以让番茄采摘机器人全方向、大范围自主移动，并且能够360度原地旋转。这种设计不但能够更好地适应在植物工厂或蔬菜大棚里移动，同时省去了先期铺设轨道所需要的成本。

采摘完成后，番茄采摘机器人通过机械臂上的摄像机捕捉并锁定果篮位置，再将坐标发送到操作系统，然后在系统引导下，驱动无轨式移动底盘到达果篮附近，最后指挥机械手松开，将番茄放入果篮。

只需对程序稍加改动，番茄采摘机器人就能胜任采摘草莓、黄瓜、甜椒等果蔬，甚至完成给植物授粉等工作。

目前，番茄采摘机器人已经在江西、甘肃、内蒙古，以及山东等地投入使用。

吃着酸甜的番茄，可别忘了是谁把它们送到你的面前啊。