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第五代智能采茶机器人的进步证明了智能采茶是可行的
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清明节前夕是采茶旺季。在浙江省杭州市西湖区的一个茶园里，一个“采茶小工”移动机械臂不断将采摘的茶叶送入储物盒。这个“采茶小工”的R&D团队是浙江理工大学的农业机器人和设备创新团队。
茶叶采摘基本上是手工完成的，尤其是名茶和明代以前的茶。采摘期短且密集，如高档龙井茶，一斤茶大约需要4万芽。然而，随着采茶人员年龄的增长，劳动力短缺和劳动力昂贵的问题越来越突出。
在浙江省山区26县，茶园面积大，茶产业的发展关系到当地农民收入的增加，也能有效帮助浙江省高质量发展建设共同富裕示范区。为帮助茶农增加产量和收入，国家茶叶产业技术体系科学家、浙江理工大学教授武传宇带领团队开发了智能采茶机器人，今年已发展到第五代。
为了识别茂密的茶枝中的嫩芽，采茶人员依靠眼力和丰富的经验。然而，在人工智能的帮助下，这台机器可以通过学习大量的图像数据来自动识别茶树的嫩芽。
在浙江省丽水市的一个示范茶园里，中国青年报中国青年网记者看到了团队的陈建能教授。随着机械臂的移动，茶芽被摘下来。陈建能介绍，智能采茶机器人的一个难点是“识别难度”。与水果和蔬菜不同，茶树的芽叶形状规则和颜色差异很大，容易识别。茶树新长的芽叶和老叶差别很小，形状不规则，给识别增加了很多困难。
从2019年开始，该团队在技术上不断开发和测试人工智能深度学习、深度摄像头定位、机器人机械臂等。
智能采茶机器人如何识别芽叶和老叶？采茶机器人中有一个识别模型叫做深度卷积神经网络。通过学习大量的茶叶芽叶图像数据，可以自动识别茶叶芽叶。
团队成员和识别组副教授桂江生表示，“在早期阶段，我们向采茶机器人系统输入了大量的茶树芽叶照片。通过处理和分析，采茶机器人会记住芽叶的形状和纹理，并总结出照片中芽叶的特点。输入的照片越多，机器人的知识库就越丰富，学习也越扎实，芽叶识别的准确性就越高。”
除了聪明好学的头脑，智能采茶机器人还有一双强大的“眼睛”。用双目摄像头扫描茶叶，可以实现3D定位，就像人的两只眼睛一样，从而准确找到芽叶的位置。
茶叶芽叶识别定位后，下一步就是如何快速无损地采摘。这时，机器人的另一个法宝——机械臂需要使用。工业机器人处于人工稳定的环境中，而农业机器人面临着非结构化、千变万化的环境，这对机械臂提出了很高的要求。风速、光照、坡度等因素都会影响机械臂的采摘。
据了解，机械臂采茶分为两个步骤，一个接一个。机械臂末端有一把小剪刀。根据定位信息，找出芽叶的叶柄。一刀下去，芽叶从枝头分开，附着在机械臂末端的负压吸管会将剪下的芽叶吸入机械手的临时存储盒中。
一般来说，早春茶一芽一叶两厘米左右，叶柄只有几毫米，所以对机械臂的操作精度要求很高。如果切歪了，会破坏茶树的枝条，或者切掉不完整的芽叶。一位团队成员感叹研发不容易。“我们就像在农田里绣花一样，让采茶机器人完成毫米级的任务。”
与前几代相比，第五代智能采茶机器人增加了一个机械臂，大大提高了智能机器人的采摘效率。目前采摘一个芽叶的时间在1.5秒左右，一个小时可以采摘2000多个芽叶，一天可以采摘4公斤左右。目前还没有赶上人工速度。陈建能表示，未来一台机器可以通过改进实现3-5个人的工作效率。
过去，茶叶采集机器人可以通过轨道适应丘陵和山脉。今年西湖龙井产区实验的第五代智能茶叶采集机器人已经采用履带式的方式，可以前后移动，适应缓坡地面。
据团队成员介绍，目前第五代智能采茶机器人识别准确率达到86%，采茶成功率达到60%以上。与前几代机器人相比，采茶精度有了很大的提高。
陈建能说:“第五代智能采茶机器人的进步证明了智能采茶是可行的，未来还有很长的路要走，才能把可行性变成可用性和易用性。”目前，该机器人仍处于实验室阶段，团队将继续开发，以提高采摘效率和质量。
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