科创中国

随着我国猕猴桃产业的快速发展，为有效解决猕猴桃采摘生产过程所存在的人工劳动强度大、采摘耗时费力等问题，基于猕猴桃多目标果实识别与定位方法，并结合猕猴桃果实生长分布特点及几何参数的弯折采摘机理，由西北农林科技大学机械与电子工程学院崔永杰教授研发出一款集“抓取-采摘-卸果-复位”等功能于一体化的猕猴桃采摘机器人，并在陕西省西北农林科技大学眉县猕猴桃试验站进行了试验与推广应用。该猕猴桃采摘机器人由视觉系统、机械手、控制系统、末端执行器和移动平台等五部分组成，其关键技术是基于全视场信息感知的猕猴桃多目标识别及遮挡果实图像识别方法，识别速度快，识别精度高；并基于连贯采摘机理与采摘方法，使末端执行器能够实现“抓取-采摘-卸果”等一体化连贯动作，从而提高了采摘机器人的作业效率。该智能设备不仅能够对猕猴桃目标果实进行识别与定位，而且还能够执行无损采摘与卸果等作业任务。猕猴桃果实识别精度达到95%，猕猴桃采摘成功率达到75%，果实损伤率小于8%。  关于该设备的研究重点围绕“全视场小而密集型果实多目标识别”与“无损连贯采摘”开展进行，并得到国家自然基金委的重点支持。所研发的猕猴桃采摘机器人曾得到央视《超级新农人》剧组的大力宣传报导。该智能设备的推广与应用，在促进我国猕猴桃产业实现机械化、信息化和标准化的同时，也为精准农业和智慧农业打下了坚实基础，对于提升猕猴桃产业核心竞争力和经济效益、保障农民增产增收具有重要的社会经济意义。

1.全视场簇生猕猴桃多目标果实的信息感知。通过将果萼作为识别特征，研究了猕猴桃多目标果实识别方法。同时，解决了因光照变化造成逆光、侧逆光，阴天、夜间（补光）图像的识别，以及密集生长的存在枝叶遮挡情况下的果实目标识别和定位的问题。

2. 猕猴桃弯折采摘机理与“抓取-采摘-卸果-复位”一体化的连贯采摘方法。确定果柄与果实的最佳分离角度。设计反凸轮机构的连贯采摘末端执器，解决末端执行器采摘作业时间过长、采摘成功率偏低等问题。

本研究以市场为导向，以农民效益为中心，依靠信息感知技术、移动平台智能导航技术、智能化及自动化采摘技术，研制出基于信息感知的猕猴桃智能化采摘机器人，替代人工劳作，快速有效地完成采摘作业工作，可适用于大中小规模种植农户以及猕猴桃生产企业，不仅加快了猕猴桃产业化规模的形成，更进一步提高了猕猴桃的果实品质。同时，猕猴桃产业自动化将会推动猕猴桃的规模化、标准化生产，也会促进政府对猕猴桃种植实行区域化布局、专业化生产、一体化经营、社会化服务和企业化管理，形成贸工农一体化、产加销一条龙的农村经济的经营方式和产业组织形式；同时猕猴桃种植的规模化、标准化也必然会带动猕猴桃产业自动化的发展。因此本项目的推广应用前景非常广阔。

西北农林科技大学机械与电子工程学院《农业机械智能化技术研究团队》，依托农业机械化工程、农业电气化与自动化、机械制造及其自动化等优势学科和农业农村部农业物联网重点实验室、陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室等科研平台，以农业生产智能装备为研究方向，针对西北地区特色果业、设施园艺等作业环境，系统开展信息感知、智能控制和装备集成等研究工作，研制果蔬智能化生产装备。团队主要成员11人，其中副高以上职称7人，具有博士学位以上8人。近十年来，团队先后承担“863”计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金面上及青年基金、陕西省重点研发计划、陕西省科技统筹等国家级和省部级项目20余项

1.崔永杰，教授，博士生导师，农业机械化工程专业，从事果蔬生产机器人、设施农业自动化生产装备等智能农机装备及智能检测控制领域研发工作，研制重心纵向可调的小型电动拖拉机、草莓采摘机器人、猕猴桃采摘机器人、幼苗穴盘搬运装置等装置10余种，团队负责人。

2.李智国，教授，博士生导师，农业机械化工程专业，从事果蔬智能化采摘等智能农机装备研发工作，团队主要研发人员。

3.傅隆生，教授，博士生导师，农业电气化与自动化专业，从事智慧农业技术与装备研究，团队主要研发人员。

4.史颖刚，副教授，农业电气化与自动化专业，从事采摘机器人和果蔬分级、农业机器人导航定位方面研究，团队主要研发人员。

5.闫锋欣，副教授，硕士生导师，机械制造及其自动化专业，从事采摘机器人和果蔬分级、农业机器人导航定位方面研究，团队主要研发人员。

6.牛子杰，副教授，硕士生导师，农业电气化与自动化专业，从事农业装备和仪器设计、遥感、超声电机等方面的研究，团队主要研发人员。

7.洪旗，青年副教授，机械电子工程专业，从事智能制造装备与数控系统、机电耦合理论与方法等方面的研究，团队主要研发人员。

8.杨兵力，讲师，机械制造及其自动化专业，从事自动控制、智能检测、电力电子等方面的研究，团队主要研发人员。

9.刘利，讲师，农业电气化与自动化专业，从事农业电气化和机电一体化装备等方面的研究，团队主要研发人员。

10.谭海，讲师，机械工程专业，从事微尺度表界面科学、摩擦学与表面科学及柔性传感器等方面的研究，团队主要研发人员。

11.张军，讲师，机械设计及理论专业，从事智能农机装备、超声电机及其驱动控制等方面的研究，团队主要研发人员。

智能化及自动化采摘的实现有利于猕猴桃规模化生产，这将解决和改善农业技术性劳动力缺乏问题，必将产生巨大的社会影响和经济效益。

（1）经济效益

预测市场人工费：陕西省猕猴桃种植面积以60万亩计算，则技术娴熟的采摘农民一天能摘2亩地，人工费为150元/天，采摘期为10天，因此一天需要3万名熟练的采摘农民，每年的采摘人工费为：3万×150元/天×10天=4500万元。

预测智能化猕猴桃采摘机器人普及阶段的人工节约费和机械利润：当猕猴桃智能化采摘机器人完全投入生产使用时，批量生产每台销售价格可降为15万元，陕西省范围内投入使用40台猕猴桃智能化采摘机器人可完全代替人工采摘，则节约的成本为：4500 万元+3600 万元-15万元/台×40台×2=3300 万元；制造行业利润按40%算，为机器人生产企业创造的利润为：15万元/台×40台×2×0.4=480万元。

（2）社会效益

本研究实现了农业与工程相结合，具有较高的实际应用和推广价值。猕猴桃智能化采摘机器人可以有效地解决劳动力缺失这一问题，并且将农民从繁重的劳作中解放出来，农民进一步地向品质管理的层面上转化，因此提高了猕猴桃的附加生产价值，提高了农民的收入，改善了农民的生活品质。研究涉及到的相关理论对于企业的发展创新提供了思路，有利于实现创新资源的优化配置，克服创新资源不足的障碍，加速企业创新进程，提高企业创新成功率。

崔永杰教授团队研发的猕猴桃采摘机器人针对国内现有猕猴桃产业及市场而言，属于技术成熟度较高的自动化采摘作业设备。在科技成果的实际转换过程中，则要从市场成熟度、转化企业的资金投入以及院校的商业化收益等诸多因素综合入手考虑，制定以下两种最佳的科技成果转化方案。

（1）“两度”均较高

对于“两度”均较高这种情况，即：科技产品的技术成熟度和市场成熟度均较高时，可优先选择向他人转让该科技成果或许可他人使用该科技成果这种转化方式，并在成果转化的过程中，约定转化收益。目前该方式适用于国内大中型猕猴桃种植企业，针对有关企业种植面积大，猕猴桃采收任务艰巨，人工劳力成本过高等情况，以企业需求为导向，以减少人工成本，提升作业效率为目标，将所研发的猕猴桃采摘机器人推广至这类猕猴桃种植企业，在对猕猴桃采摘机器人的优势功能做宣传介绍的同时，重点将猕猴桃采摘机器人高效采摘作业为企业所带来的优势和效益突出介绍，并给予猕猴桃种植企业一定的试用期，待试用期过后，可考虑与猕猴桃种植企业洽谈转让科技成果等事宜，同时商谈转让条件（包括知识产权及转让费用等）。从而将高校科研成果变为商品化的便利生成设备，为猕猴桃种植生产企业带来最大化收益。

（2）技术高、市场低型

对于技术成熟度高，市场成熟度不高这种情况，则可考虑作价投资这种方式，目前该方式适用于国内小型种植规模的农散户，该群体相比于大中型猕猴桃种植企业，种植规模较小，整体收益较低，且经济条件较差，针对该类情况，考虑作价投资，确切说是技术作价投资，与农散户确立合作关系，让小规模种植猕猴桃的农散户以优先预支的方式使用所推广的猕猴桃采摘机器人，确保在与农散户合作的过程中，农散户不受自身经济条件的制约和影响，无需立即支付价款，便可享受完整、无误、有效技术为农户带来的生产便利，通过该种方式，确保达到让农散户优先吸收和利用先进技术的目的，并在农散户完成对猕猴桃售卖之后，支付相应款项金额（例如：使用费等）。这样，既为农散户解决了棘手的猕猴桃收获问题，也让所研发的猕猴桃采摘机器人得到了充分有效的应用型推广