北京茶世界資訊：針對云南“山地特性和采茶缺工荒”，王白娟帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全球首例高原山地采茶機(jī)器人。精準(zhǔn)識別茶樹鮮葉，“越野”采摘能力優(yōu)越，助力云南茶香飄向世界。

3月，又到云南西雙版納傣族自治州勐?？h悅成賀開基地的春茶采摘季。帶有一雙履帶式的“腳”輕松爬坡、一對智能化探頭精準(zhǔn)辨茶的“大家伙”，已成為茶農(nóng)們的新朋友和好幫手。這款由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)院黨委副書記、院長王白娟團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)研發(fā)的全球首例高原山地采茶機(jī)器人，不僅能識別出茶樹上的一芽兩葉，還能在智能化控制系統(tǒng)打造的“大腦”驅(qū)動下，通過模仿人體手臂的機(jī)械臂精準(zhǔn)采下茶葉，實(shí)現(xiàn)了云南山區(qū)無網(wǎng)絡(luò)茶區(qū)“有網(wǎng)”智能采茶新突破。

茶園中的“智慧農(nóng)業(yè)”

多年來，王白娟深入茶產(chǎn)業(yè)研究，長期奔走在茶企和茶農(nóng)之間調(diào)研。她發(fā)現(xiàn)云南采茶的特殊性，云南雖是產(chǎn)茶大區(qū)，但地形地貌以山地為主、坡度較大，且喬木型古茶樹面積大、分布范圍廣，采茶時(shí)，茶農(nóng)會搭架子爬上高高的樹干，風(fēng)險(xiǎn)大、效率低，并且由于采摘茶農(nóng)的經(jīng)驗(yàn)制約，采摘質(zhì)量參差不齊。與此同時(shí)，隨著社會平均工資水平不斷提高和老齡化問題的到來，采茶季用工荒問題日益凸顯，不少茶山出現(xiàn)棄采?！皣鴥?nèi)已有團(tuán)隊(duì)研制出平原采摘機(jī)器人，但其并不適用于云南的特殊地理環(huán)境。”王白娟認(rèn)為，研發(fā)適合本地茶業(yè)的智能機(jī)械勢在必行。

采茶機(jī)器人在高原山地工作。

針對“山地特性和采茶缺工荒”這一現(xiàn)象，王白娟開始深入思考，提出了一個(gè)大膽的想法：是否可以研發(fā)一款專門適用于高原山地茶葉采摘的機(jī)器人，集辨、采、撿功能于一體？

隨后，王白娟迅速組織團(tuán)隊(duì)成員，探討研發(fā)方案并評估其可行性。幸運(yùn)的是，得到了云南農(nóng)業(yè)大學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及智慧農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的大力支持，集結(jié)了茶學(xué)院、大數(shù)據(jù)學(xué)院、機(jī)電學(xué)院等多個(gè)學(xué)院及美林科技的專業(yè)人才，共同投入這一項(xiàng)目中。

為了深入了解云南省茶園的實(shí)際需求，王白娟和團(tuán)隊(duì)深入各主要產(chǎn)茶地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，觀察現(xiàn)有采茶機(jī)械的工作流程。經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)與模擬，團(tuán)隊(duì)最終確定了采茶機(jī)器人的底盤設(shè)計(jì)、智能化控制系統(tǒng)（含識別算法）和機(jī)械臂的配置方案。

“精采”機(jī)器人問世

記者了解到，在采茶機(jī)器人研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)遇到了不少挑戰(zhàn)，比如如何確保機(jī)器人精準(zhǔn)識別相應(yīng)級別的茶樹鮮葉？如何讓機(jī)器人適應(yīng)茶樹種植不規(guī)范、適采鮮葉方位角度多變、喬木型茶樹比較高大等因素？精準(zhǔn)采摘且不破壞其他枝杈？如何使機(jī)器人全方位、無死角驅(qū)動運(yùn)行？……

王白娟清晰地記得，當(dāng)團(tuán)隊(duì)第一次將機(jī)器人帶到云南省西雙版納傣族自治州勐?？h悅成賀開基地測試時(shí)，茶農(nóng)驚訝和興奮的表情?！昂芏嗳四贸鍪謾C(jī)拍照，也有人在機(jī)器人操作失誤時(shí)‘嘲笑’其太笨重了?！钡趫龅囊晃焕喜柁r(nóng)非常理解地說：“這不是才第一次測試嗎？誰家的孩子才學(xué)走路沒摔過跤？”這句話深深地打動了王白娟，她回去后鼓足干勁兒，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和測試，不斷調(diào)整和改進(jìn)機(jī)器人的算法和結(jié)構(gòu)。特別是花了很長時(shí)間優(yōu)化機(jī)器人的視覺系統(tǒng)，以確保精確識別茶葉的顏色、形狀和大小，對機(jī)器人的驅(qū)動模式、機(jī)械臂的設(shè)計(jì)也做了不少優(yōu)化。

采茶機(jī)器人運(yùn)用機(jī)械臂采茶

在多次測試中，王白娟注重聚焦大多數(shù)茶農(nóng)的“痛點(diǎn)”“堵點(diǎn)”，將其作為主攻方向一一改進(jìn)，拋去“笨重感”，提煉“精采度”。慢慢地，王白娟感受到茶農(nóng)們的“嘲笑”少了，肯定、贊賞的目光多了。不少茶農(nóng)還親切地稱呼機(jī)器人為“采茶小助手”，忍不住邀請機(jī)器人去自家茶園“露一手”。

2022年11月，由王白娟團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第一代高原山地采茶機(jī)器人成功問世。這款機(jī)器人配備了履帶式底盤，能在50度的斜坡上穩(wěn)定運(yùn)行，其“腦手腳”技術(shù)基于改進(jìn)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能識別技術(shù)，配備有疊態(tài)機(jī)械手、鏡像擴(kuò)展能源機(jī)構(gòu)和克里斯蒂懸掛履帶底盤等智能設(shè)備，可以進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，讓其在茶山復(fù)雜環(huán)境中自由活動和模擬演練，并完成270度球面范圍內(nèi)的采摘作業(yè)。

隨后，團(tuán)隊(duì)將機(jī)器人帶到普洱、西雙版納等山地茶園進(jìn)行實(shí)地測試。在不斷地調(diào)試與優(yōu)化中，機(jī)器人的采摘效率和準(zhǔn)確性得到了顯著提升。

目前，這款高原山地采茶機(jī)器人已在云南山區(qū)無網(wǎng)絡(luò)地帶成功實(shí)現(xiàn)茶葉鮮葉采摘。“不僅僅是代替人工采摘，智能辨茶也很關(guān)鍵?！蓖醢拙杲榻B，高原山地采茶機(jī)器人具備鮮葉分級采摘、微光環(huán)境識別等功能，做到了一芽兩葉精準(zhǔn)識別和智能化采摘，大大實(shí)現(xiàn)降本增效。

同時(shí)，山地采茶機(jī)器人的“越野”采摘能力優(yōu)越，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出既能夠應(yīng)對云南復(fù)雜的地形和環(huán)境挑戰(zhàn)，又能保護(hù)機(jī)器在人工采摘過程中避免損壞的特殊功能。目前，采茶機(jī)器人的相關(guān)研究已在核心期刊發(fā)表，獲授權(quán)專利和軟著十項(xiàng)。

在王白娟的眼中，機(jī)器人不僅僅是冷冰冰的機(jī)器，更是將她心中那份對茶葉、對大自然的熱愛與敬畏具象化。她告訴記者：“每一片茶葉都是大自然的饋贈，希望不久的將來‘采茶小助手’能成為‘采茶主力軍’，助力有‘科技味’的云南茶香飄向全世界?！?/p>

打造采茶產(chǎn)業(yè)的“云南模式”

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，云南茶業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級，向數(shù)字產(chǎn)業(yè)、智能產(chǎn)業(yè)邁進(jìn)。

目前，王白娟正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)加緊進(jìn)行二代高原山地采茶機(jī)器人的研發(fā)，更換更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定的機(jī)械臂和夾抓，多臂協(xié)同，研發(fā)自主導(dǎo)航穩(wěn)定行走技術(shù)，加強(qiáng)微光識別?！跋Ｍ鷻C(jī)器人能夠助力春茶忙時(shí)季節(jié)的夜晚連續(xù)采摘作業(yè)，大大提高采摘生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)工作?！蓖醢拙暾f。

機(jī)器人成功應(yīng)用落地是科技研發(fā)者的最大愿景，王白娟希望，采茶機(jī)器人技術(shù)未來可以產(chǎn)業(yè)化，并廣泛推廣給茶農(nóng)和茶企。“茶農(nóng)既可以購買也可以租賃，確保這款采茶機(jī)器人既能出現(xiàn)在現(xiàn)代生態(tài)茶園，也能在云南特色的茶林中自由穿梭。”

王白娟深知，智慧農(nóng)業(yè)新模式一旦規(guī)?；晒β涞?，其可復(fù)制性和易用性將快速提升，她希望采茶機(jī)器人可以打造出“云南模式”，推動茶產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化和智能化方向轉(zhuǎn)型，從而提升全國茶產(chǎn)業(yè)在大數(shù)據(jù)和智能化應(yīng)用方面的影響力。