番茄采摘机器人：让番茄采摘更便捷

程醉

番茄的浆果呈鲜红或橘红色，肉厚多汁，现在已经成为餐桌上常见的一种果菜。不过，由于番茄的果实每穗上一般能结3～5 个，又都密集生长，彼此挨得很紧，并且同一穗上的果实成熟时间也大不相同。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的科学家研发的番茄采摘机器人横空出世。经过两年多的不断改造和完善，目前番茄采摘机器人已经能够非常熟练地在植物工厂等室内环境中完成各种番茄的自动化采摘。

那么，番茄采摘机器人又拥有哪些高大上的核心技术呢？

机器人操作系统

俗话说：“火车跑得快，全靠车头带。”一个技术成熟的番茄采摘机器人必然有强大的“大脑”，番茄采摘机器人的大脑就是科学家在它身上植入的ROS 系统。

所谓ROS 系统，其实就是“机器人操作系统”的英文缩写。机器人操作系统是专为机器人软件开发所设计出来的一套电脑操作系统架构，也就是机器人领域的一个开源操作系统。科学家将番茄采摘机器人的软件功能做成一个个节点，比如说识别成熟果实、运作机械臂等，这些节点在机器人操作系统的统一指挥下，通过互相发送消息来进行沟通。

机器人采摘番茄大致和我们采摘番茄相似，也是通过机械臂、机械手逐个对番茄进行采摘。但不同的是，我们是通过肉眼来辨识番茄是否已经成熟，而番茄采摘机器人则主要是通过安装在它机械臂上的摄像机，根据预先设计好的程序，依据番茄的颜色来判断它是否已经成熟。

当番茄采摘机器人识别到番茄成熟时，机器人操作系统就会控制机械臂移动到成熟番茄的附近，机械手再将番茄采摘下来。

仿生式机械手

机器人采摘番茄的过程看起来很简单，但实际上遇到的问题远远超乎我們的想象。

在植物工厂或蔬菜大棚里种植的番茄，一般来说，同一批次的果实大小、成熟度相差都不会太大。但是，如果是在自然条件下种植或者种植的番茄品种不同，番茄采摘机器人面临的挑战就会成倍地增加。

由于农业生产环境的复杂性，对于农业机械手的要求自然也会提高不少。首先，人们不得不面对一般果蔬都存在的质地脆弱、容易受损等问题。因此，科学家专门为番茄采摘机器人设计了一种特殊软胶材料，让其均匀地覆盖在机械手的手指表面，在采摘过程中既不会对番茄造成损伤，又可以最大限度地防止它们从机械手上滑落。

番茄的品种繁多，其植物个体差异也很大。比如说，常见的番茄植株高度一般在1 米左右，最高可达2 米，矮的仅60 厘米。番茄品种间的巨大差异，又给番茄采摘机器人带来了巨大的挑战。

不过，不用担心，科学家有应对之法。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；而对于植株较高、挂果又比较集中的番茄，可以通过更换机械手的方式，一次便可采摘一串番茄。但不论哪一种方式，番茄采摘机器人采摘一个番茄平均仅需要10 秒。

无轨式移动底盘

将番茄采摘下来，并不意味着番茄采摘机器人的工作结束了。它们还需要将采摘下来的番茄安全、平稳地放置到篮子或者果筐之中。

因此，让番茄采摘机器人能够自主移动也是科学家必须考虑的问题。考虑到农业生产环境的复杂性，我国科学家将番茄采摘机器人设计为无轨式移动底盘。

它可以让番茄采摘机器人全方向、大范围自主移动，并且还能够360°原地旋转。这种设计不但能让机器人更好地在植物工厂或蔬菜大棚这类比较狭窄的空间里移动，同时也减少了先期铺设轨道所投入的成本。

当番茄采摘机器人顺利采摘到成熟的番茄之后，它机械臂上的摄像机会很快捕捉并锁定要放置的果篮位置，然后将其坐标发送到机器人操作系统。在该系统的指引下，番茄采摘机器人就会利用无轨式移动底盘迅速到达果篮附近。最后，同样在机器人操作系统的指挥下，机械臂移动到果篮上方，同时松开机械手。一颗成熟的番茄便在番茄采摘机器人的操作下，从枝头来到了果篮中。最后，这些番茄便会出现在我们的餐桌上。

实际上，番茄采摘机器人只需要对程序稍加改动，还能采摘草莓、黄瓜、甜椒等果蔬，甚至还能完成给植物授粉等工作。目前，番茄采摘机器人已经在我国江西、甘肃、内蒙古、山东等地投入使用。

（责任编辑：陆艳）