本報(bào)訊（記者 羅晨通訊員 谷雨王爽）近年來(lái)，依賴(lài)人工采摘的作業(yè)模式難以滿(mǎn)足草莓產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的需求，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，草莓采摘機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用成為解決上述瓶頸的重要方向。

包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪在采摘草莓

傳統(tǒng)夾剪一體式、氣吸式末端執(zhí)行器采摘后易殘留果梗，這些果梗會(huì)在運(yùn)輸過(guò)程中刺破、劃傷相鄰果實(shí)，造成果實(shí)間相互損傷。為攻克這一難題，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院汪小旵教授團(tuán)隊(duì)跳出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)新采用包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪，并設(shè)計(jì)模仿人類(lèi)采摘行為的“拖拽—旋轉(zhuǎn)”動(dòng)作，同時(shí)提出基于YOLOv12深度學(xué)習(xí)模型的遮擋處理與抓取位姿調(diào)整策略，從末端執(zhí)行器、采摘?jiǎng)幼髋c智能決策多維度發(fā)力，實(shí)現(xiàn)高架草莓無(wú)損去莖的精準(zhǔn)自動(dòng)化采收，為設(shè)施農(nóng)業(yè)草莓產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)草莓無(wú)損采摘，研究團(tuán)隊(duì)選用包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪，其設(shè)計(jì)靈感源于?？M(jìn)食行為。夾爪主體采用柔性硅膠材質(zhì)，兼具優(yōu)異的彈性與可變形性能，可避免機(jī)械損傷；結(jié)構(gòu)上由四層錯(cuò)位排列的柔性觸手構(gòu)成，能完全包裹不同大小、形態(tài)的草莓，確保抓取穩(wěn)定、柔和；夾爪底部氣動(dòng)腔通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)觸手智能收放，負(fù)壓時(shí)觸手向內(nèi)貼合完成輕柔抓取，正壓時(shí)舒展釋放果實(shí)，完美適配草莓果皮柔軟易損的特性。

為實(shí)現(xiàn)草莓去莖采摘，研究團(tuán)隊(duì)為機(jī)器人設(shè)計(jì)“拖拽—旋轉(zhuǎn)”仿人采摘?jiǎng)幼鳎c包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪高效配合。當(dāng)軟夾爪完成對(duì)草莓的柔性包絡(luò)抓取后，機(jī)械臂按預(yù)設(shè)程序完成精準(zhǔn)的拖拽與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，使草莓花梗與花萼的連接點(diǎn)自然斷裂，從根本上避免果梗殘留，實(shí)現(xiàn)真正的去莖采摘。這一動(dòng)作設(shè)計(jì)精準(zhǔn)復(fù)刻人類(lèi)采摘草莓的核心行為邏輯，既保證了采摘過(guò)程中果實(shí)的完整性，又徹底解決了傳統(tǒng)采摘方式的果梗損傷隱患。

針對(duì)草莓密集生長(zhǎng)帶來(lái)的遮擋難題，團(tuán)隊(duì)基于YOLOv12深度學(xué)習(xí)模型，提出一套完整的遮擋處理與抓取位姿調(diào)整策略。該策略通過(guò)綜合評(píng)分機(jī)制評(píng)估簇生草莓間的空間關(guān)系，優(yōu)先選擇遮擋最少的采摘目標(biāo)，并基于RGB-D視覺(jué)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整抓取位姿；在每次采摘嘗試后迭代更新候選目標(biāo)集與評(píng)分向量，實(shí)現(xiàn)密集種植環(huán)境下的魯棒閉環(huán)采收，有效提升復(fù)雜場(chǎng)景下的作業(yè)穩(wěn)定性。

為驗(yàn)證所采用軟夾爪與策略的有效性與魯棒性，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量田間試驗(yàn)與對(duì)比研究。結(jié)果顯示，系統(tǒng)抓取成功率達(dá)84%，平均作業(yè)周期約20秒。與鰭條效應(yīng)型、fPN型軟夾爪相比，所采用的包絡(luò)仿生式氣動(dòng)軟夾爪能有效降低果實(shí)損傷，實(shí)現(xiàn)接近人工采摘的輕柔采收效果；所提出的遮擋處理策略在復(fù)雜農(nóng)業(yè)環(huán)境中將抓取成功率從66%提升至84%，充分展現(xiàn)了策略方案的先進(jìn)性與實(shí)用性。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的這項(xiàng)研究成果，為高架草莓無(wú)損去莖自動(dòng)化采摘提供了全新解決方案，其多維度協(xié)同的技術(shù)思路也為番茄、櫻桃等其他軟質(zhì)果蔬的智能化采收打開(kāi)了新思路。不過(guò)目前方案仍有不足：極端復(fù)雜遮擋場(chǎng)景下的采摘表現(xiàn)、作業(yè)效率仍有提升空間，且暫未覆蓋壟作栽培場(chǎng)景。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將持續(xù)優(yōu)化技術(shù)方案，推動(dòng)成果產(chǎn)業(yè)化落地，為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展注入新動(dòng)能。

【中國(guó)食品報(bào)】草莓采摘機(jī)器人添“仿生巧手”包絡(luò)仿生軟夾爪破解高架草莓無(wú)損去莖采摘難題

原文鏈接：

http://www.cnfood.cn/article?id=2036822374050009089