山东省农业机械科学研究院研制的果蔬采摘机器人。　　

2月12日，山东省齐河县，一款能自主行走、自主感知、自动采摘果实的新型机器人，在此间召开的全国春季农业生产会议上亮相，引起与会代表的浓厚兴趣。

近年来，多种多样的机器人纷纷亮相，大显身手，并不算什么大新闻。不过，能够精准高效采摘果蔬的农业机器人尚不多见。

古人的探索

人类对机器人的幻想和探索，古已有之。

三国时期，蜀国丞相诸葛亮潜心研究，发明了木牛流马，往来搬运粮草，供给蜀兵之用。这些木牛流马，“宛然如活者一般，上山下岭，各尽其便。”这是小说《三国演义》中的叙述。

查阅古籍，追溯历史，早在大约3000年前的西周时期，一位名叫偃师的能工巧匠，就成功研制出能歌善舞的伶人，献给周穆王。此事记载于《列子》。这名伶人，可谓我国记载最早的机器人。进入春秋后期，大名鼎鼎的木匠鲁班，造了一只木鸟。据《墨子·鲁问》记载，这只木鸟“成而飞之，三日不下”。

不止中国，公元前2世纪，古希腊处于亚历山大时代，人们发明了最原始的机器人——一台可以凭借蒸汽唱歌的自动机。1662年，一款自动玩偶在日本大阪登台演出，观者如云，风靡一时。这是竹田近江采用钟表技术，发明的一款机器人。1738年，一只机器鸭在法国问世。它平时会喝水、进食，能排泄，进入池塘会游泳，还能仰起脖子嘎嘎大叫。

在当时的欧洲，若论制作自动玩偶技术，最出色的要数瑞士钟表匠杰克·道罗斯及其儿子利·路易·道罗斯。1773年，父子俩发明了多款自动书写玩偶，有的能手执画笔，表演绘画；有的能手拿鹅毛，可以蘸着墨水写字……

现代的研究

真正的机器人是科技发展到一定阶段的产物。

1959年，世界上第一台工业机器人方才研制成功。研制这台工业机器人的，一位名叫约瑟·英格伯格，另一位名叫乔治·德沃尔，都是美国人。

约瑟·英格伯格读大学期间，认真研读了伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的新理论。

再说乔治·德沃尔。1946年，他发明了一个系统，可以“重演”所记录机器的运动。1954年，他获得可编程机械手臂专利，这种机械手臂按照既定的程序工作。

两人携手合作，发挥各自优势，于1959年设计开发了世界上第一台工业机器人“尤尼梅特”（Unimate）。当年，他们还成立了世界上第一家工业机器人制造公司，继续研发并批量生产工业机器人。

当然，那时候，工业机器人承担的工作十分简单，不过是俯身从地上捡拾汽车零件，放到传送带上。虽然“尤尼梅特”局限于按照预定程序，一遍遍地重复简单的动作，但毕竟这是工业机器人研发史上迈出的关键一步。后来，伴随工业机器人理论研究及技术应用的日益深入，工业机器人逐渐被应用于其他领域。

繁多的种类

机器人种类繁多。在我国，专家们一般按照应用领域分类，将机器人分为工业机器人和特种机器人。

农业机器人属于特种机器人范畴。它是一种兼有四肢行动、信息感知能力及可重复编程功能的柔性自动化或者半自动化智能农业装备，集传感、监测、通讯及精密机械技术等多种前沿科学技术于一身。

1984年，京都大学近藤教授首次将机器人成功引入农业工程领域。之后，科技人员陆续在耕作、播种、植保、育苗、移栽、嫁接、分拣、采摘等方面应用机器人取得初步成功。

面临的困难

现在，重点说说果蔬采摘机器人。由于作业的复杂性，果蔬采摘自动化程度一直处于很低水平。至今，国内外果蔬采摘作业基本上是依靠人工来完成的，其费用约占成本的三分之一到二分之一。

日本在世界上首先将农业机器人应用于果蔬采摘环节。2009年，日本宇都宫大学工学院教授尾崎功一氏，设计开发出一款草莓采摘机器人，在不同光照条件下均可顺利进行作业。此后，在这一领域，日本多年居于领先地位。1995年，日本冈山大学农学院设计出一款葡萄收获机器人，可用于棚架栽培模式的果园。2008年，日本冈山大学教授门田充司研制出一款番茄采摘机器人。它从发现目标到采摘完成，用时不超过15秒，且对成熟番茄的采摘率保持在50%-70%之间。

设计开发果蔬采摘机器人，是一项艰难的工作。

显然，研制果蔬采摘机器人，不能走研制玉米收获机的路子。因为种植户需要的是完整无损的草莓、苹果、番茄等果实，要求机器人伸出手臂准确摘取果实。

这样一来，与研制工业机器人相比，研制果蔬采摘机器人面临的困难大大增加，首先是果实形状、大小、颜色以及所处空间位置不一，变化多端，还时常受到枝叶遮挡、光线变化的影响，机器人识别、定位十分困难。

还存在一个问题，如草莓、苹果、番茄等果实，需要机器人摘取与放置时动作轻柔，否则极易破损，降低品相，影响销售。轻柔的动作又限制了作业效率的提升，这给科研人员研制机器人增加了难度。

步入果园、菜园或者温室大棚等复杂多变的农业工作环境，果蔬采摘机器人必须充分调动身体的三个组成部分——感知系统获取作业对象与环境信息，决策系统进行识别判断与作业规划，执行系统负责贯彻执行完成动作。三个部分巧妙配合，是多么不容易。

由此看来，设计制造一款采摘苹果、草莓、番茄等果实的机器人，何其难也！

（本文学术顾问：山东省农业机械科学研究院高级工程师 李青龙）