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　　緯爾科技：棉花打頂機器人成為新疆棉種植的“黑科技”
 
　　“世界棉花看中國，中國棉花看新疆”，新疆已成為中國最大、世界重要的棉花產區(qū)。近年來，新疆棉花種植產業(yè)已基本建立全程機械化技術體系，以機械化采收為主線的棉花種植方法得到大規(guī)模推廣。
 
 
　　圖1緯爾科技棉花打頂機器人
 
　　在棉花生長過程中，擇植株生長旺盛的時機，去除“一葉一心”，即棉花植株的頂部和一片初生葉片，抑制頂端優(yōu)勢，調節(jié)植株養(yǎng)分多向分支運輸，這種提高果實產量的方法叫做“打頂”。
 
　　有調查數據顯示，相較于傳統(tǒng)機械打頂和藥物打頂，新疆植棉大戶普遍更加認可人工打頂的效果。然而，人工打頂需要勞動力多、效率低，與當前棉花生產輕簡化方向不一致。有數據測算，人工打頂的費用為每畝地60~90元，新疆生產建設兵團每年開展棉花人工打頂工作的花費高達2.432億元。
 
　　灌溉、施肥和病蟲害防治等植保環(huán)節(jié)，同打頂一起被認為是棉花種植全流程的重中之重。前者已衍生出精準、綠色、智能的植保手段。由于打頂過程涉及對棉花植株的精細操作，且傳統(tǒng)機械打頂和藥物打頂對植株的損傷程度高，因此棉花種植領域對工作效率高、漏打率低的自動化棉花打頂方案需求日益凸顯。
 
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　　感知環(huán)境，精準打頂
 
　　關注到棉花打頂這一“機器替代”難題，來自深圳市緯爾科技有限公司（以下簡稱“緯爾科技”）的初創(chuàng)團隊，從棉花頂精準檢測技術做起，逐步推出成熟的棉花智能打頂機器人解決方案。
 
　　緯爾科技創(chuàng)始人柳錚談道：“最初做市場調研時，我們就注意到棉花打頂流程相較棉花種植其他環(huán)節(jié)來說，機械化率顯著偏低。團隊發(fā)現，傳統(tǒng)棉花打頂機械使用‘一把揪’的方式打頂，市場上以棉花頂識別為基礎的智能棉花打頂解決方案只有不到70%的成功識別率，因為它們依舊無法應對棉花植株葉片互相遮擋的問題。”
 
 
　　圖2緯爾科技棉花打頂機器人
 
　　無法在視野中看到棉花頂，又如何精準去除棉株頂心頂葉呢？緯爾科技研究團隊自建千萬級棉花頂葉數據集，為機器人搭載3組雙目視覺三維系統(tǒng)，利用雙目視覺三維重建算法，幫助機器人精準識別不同性狀的棉花頂，從而推理出適宜切割的位置。打頂機器人能通過傳感器判斷棉花的高低，驅動高速旋轉的割刀升高或者降低，為棉株精準打頂。該機器人的棉花頂識別率高達99%以上，打頂率高達95%，漏打率低于人工打頂。
 
　　傳統(tǒng)機械打頂操作不夠穩(wěn)、準，經常造成對蕾鈴的碰撞或過度擠壓，從而導致部分蕾鈴損壞甚至脫落，影響產量和品質。考慮到以上誤傷情形，緯爾科技研發(fā)團隊為棉花智能打頂機器人的割刀配備刀罩，能夠有效保護棉花頂部的其他莖葉，最終將誤傷率降至2%以內。
 
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　　高效作業(yè)，搶抓農時
 
　　新型農機農械能否受到種植戶的歡迎，除農藝執(zhí)行度外，還要考慮單畝經濟效益。機器人具備3組雙目視覺攝像頭做圖像識別，36個機械臂同時上下作業(yè)，棉花智能打頂機器人能夠24小時在田間工作，不分晝夜和天氣，一小時打頂十畝地，作業(yè)綜合效率是傳統(tǒng)人工棉花打頂的50倍，為棉花種植戶帶來顯著的經濟效益。
 
　　為確保高水平作業(yè)，機器人的行進速度被控制在3km/h左右。“機器行進越快，對系統(tǒng)整體時延的要求就越高。首先，團隊將電氣系統(tǒng)一系列鏈路延時降到最低；其次，團隊優(yōu)化機械結構的設計，保證機器人在執(zhí)行任務時具備較高的實時性；最后，在動作策略上，根據任務時序，我們將比較緊急的路徑和不太緊急的路徑拆分，做提前的運動預處理，”柳錚分析說，“相當于運動員在鳴槍前的起跑姿勢，割刀在執(zhí)行任務前把狀態(tài)調節(jié)至最佳，以便將后續(xù)的執(zhí)行時間壓縮到最短。”
 
　　想要幫助精準作業(yè)模式普及和落地，就要簡化繁瑣的操作配套設施。機器人可以一鍵啟動作業(yè)模式，由高地隙拖拉機牽引完成打頂任務，大屏觸控平板上能夠實時查看機器人行駛里程和速度、機械臂健康度、當前打頂率和作業(yè)面積，以及實時監(jiān)控打頂情況，輸出作業(yè)質量報告。目前，緯爾科技研發(fā)的棉花智能打頂機器人已經在新疆的10個地區(qū)完成田間測試，協(xié)助新疆農業(yè)服務商承接超10萬畝棉花打頂任務。
 
 
　　圖3棉花打頂機器人控制中心
 
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　　農業(yè)機器人是農械最終形態(tài)
 
　　無論是諸如播種機、收割機的傳統(tǒng)農業(yè)機械，還是以農業(yè)機器人為代表的新式農械，都是用以支撐引領農業(yè)強國建設的農業(yè)科技。柳錚認為，智能農機與農業(yè)機器人的概念在本質上無法割裂，二者的區(qū)別主要在于人工智能技術應用深度不同。
 
　　人工智能技術能夠賦能機器人識別田間環(huán)境、分析植株長勢、獲取自身定位等。柳錚表示，機器視覺對精準農業(yè)的深度發(fā)展有著重大意義。他分析道：“人類日常從視覺中獲取到的信息量遠高于其他感官，機器人也一樣。使用機器人關鍵技術棧替代農機解決農業(yè)困境，關鍵在于機器人環(huán)境感知能力和數據集建設完整度，而這兩種要素的提升都離不開機器視覺的加入。”一方面，機器人通過雙目視覺，判斷如何調控作業(yè)機構來更貼合作業(yè)標準要求。另一方面，農業(yè)生產大模型需要充足的數據集為支柱，而這些數據需要機器視覺搭載在機器人上實現收集。
 
　　因此，在機器視覺的幫助下，我國農業(yè)生產精度、效率和標準化程度還有很大提升空間，各類農用機械向迎合用戶經濟效益的方向迭代，將以更智能、更精準、更綠色的農業(yè)機器人形態(tài)，惠及農業(yè)生產全流程。
 
 
　　在棉花種植領域外，緯爾科技在除草和插秧作業(yè)領域，相繼推出智能對行除草機器人和插秧作業(yè)質量監(jiān)測模組。智能對行除草機器人采用高精度視覺模組，用于高效完成植株行間除草作業(yè)。該機器人除草精度可達±2.5cm，除草率最高可達95%以上，一小時可以作業(yè)上百畝，有效幫助農戶解決有機作物的除草問題，減少人工用量，提高作物品質和產量。插秧作業(yè)質量監(jiān)測模組通過攝像模組采集作業(yè)結果，通過算法分析當前插秧作業(yè)有無缺苗，并通過燈光提示。機器人將分析結果上傳至云平臺，系統(tǒng)匯總整個檢測數據，農戶可以自定義查看缺苗熱力圖，有助于實現規(guī)模農田的信息化、無人化建設，提高插秧作業(yè)的質量和效率。
 
 
　　現階段，棉花智能打頂機器人已在新疆等國內主要棉花種植區(qū)取得了顯著的應用成果。柳錚提出，當前農機實驗鑒定領域存在短板弱項，緯爾科技積極推動新產品《農業(yè)機械推廣鑒定大綱》落地，同時注重關懷種植戶需求，以靈活的售后模式宣傳農業(yè)機器人的便利性和高效益性。據悉，在棉花耕、種、管、收全流程智能化種植體系中，仍有部分農藝亟待推廣精細作業(yè)模式，緯爾科技研發(fā)團隊將持續(xù)專注于大田管理環(huán)節(jié)，研發(fā)棉花生長期全流程信息化管理技術，推動機器人感知能力提升和精準作業(yè)能力突破實現雙管齊下，助力我國農機農械智能化發(fā)展再上新臺階。