前沿洞察丨一分钟五个 摘水果都比你快

本期前沿洞察为大家带来这些新技术：速度接近人类的自主水果采摘机器人；基于Wi-Fi的新型协作机器人系统；3D打印软性机器人可应用于人工肌肉......

一起来看看吧：

速度接近人类的自主水果采摘机器人

日本国立研究开发公司农业和食品工业技术研究组织（Agricultural Research Organisation）、立命馆大学和电装株式会社（Denso Co.，Ltd.）公布了带有自动行车的收割机器人的原型，该机器人可以采摘9种水果，例如苹果和梨。

水果树高度约为80 cm至2 m的水果，利用深度学习可以达到约95％的识别率，采摘机器人会自动识别并收获。这个项目计划在两年内实现商业化。它的收获速度与人类差不多——每分钟可以采摘5个，每小时约300件。

这次宣布的机器人是采摘苹果、梨的模型。立命馆大学负责开发用于确定水果识别和收割时间的软件，电装则负责收割机器人的硬件开发。硬件的主要特征是前部是经过改装的雅马哈发动机电动高尔夫球车的“自动驾驶车辆”，后部是“用于收割的机器人臂和容纳收割的水果的容器系统”。

前驱自动驾驶汽车是通过利用通用自动驾驶技术和传感器实现的，也可以将自动驾驶车辆与无人化学喷雾和割草结合使用。

另外，安装了两个基于工业机器人开发的机械臂，并且每个机械臂（RGB-D）装配了两个摄像头。这也用于区分水果、确定收割是否合适以及控制两个臂以免它们碰撞。

首先在行进方向侧用照相机搜索要收获的水果。当发现水果时，它将停止命令发送到自动驾驶车辆并停止。

安装在机器人上的四个摄像头中的每个摄像头都通过深度学习来识别和区分水果。用RGB-D摄像机测量距离，以获取机器人到目标的距离。

水果也可以用于水果底部的凹痕的辨别，由于晒伤而引起的颜色变化很小，并且仅易于观察到由于成熟过程而引起的颜色变化。

收获的水果被送到水果储存容器系统。当容器装满水果时，可以继续自动收获，同时自动更换空容器。

基于Wi-Fi的新型协作机器人系统

哈佛大学的研究人员设计了一个基于Wi-Fi传感的系统，可以增强在未测绘环境中运行的机器人之间的协作。当机器人在2D或3D环境中自由移动时，它可以模拟空中的天线阵列。

研究人员在一系列使用真实机器人的实验中评估了他们开发的系统，取得了非常好的结果。系统基本上捕捉了所有Wi-Fi信号路径在发射和接收机器人之间的信息，它通过利用接收机器人的轨迹来模拟一个虚拟的天线阵列，类似于合成孔径雷达。通过追踪这样的'空中天线阵列'，就可以使用基于天线阵列理论（如MUSIC或Bartlett）的到达方向（DOA）算法来估计最强信号路径的方向。

该系统有很多优点。首先，它允许机器人估计其他机器人的位置，特别是在杂乱或未知的环境中，传统的传感器（如相机）可能不是监控代理的有效工具。因此，新系统可以为改善机器人在这种环境中的协调性提供新的可能性。

使用Cramer Rao边界对轨迹几何的表征，称之为轨迹'信息性'，是本研究的关键成果之一，因为它从理论上证明了3D轨迹确实比2D轨迹表现更好。在未来，他们开发的新系统可以用来加强机器人与机器人在未测绘和混乱环境中的协作。

3D打印软性机器人可应用于人工肌肉

天津大学某课题组研发的新型模块化柔性驱动方法3D“打印”出来的软性机器人，可应用于人工肌肉和管道爬行机器人中。该成果今年1月初在线发表在《美国电气电子工程师学会机器人和自动化快报》上。

软性机器人因其较高的柔性、对人体安全等优点，近年来得到广泛关注。3D打印的优势在于制造复杂形体、复杂结构可一次成型，不需要后续加工。打印免组装结构，是3D打印技术制造软性机器人比较典型的应用。

课题组提出了一种基于薄膜气缸的新型模块化柔性驱动方法，可根据具体应用改变排列组合方式以及合理布置连接方案，将其应用于人工肌肉和管道爬行机器人中。

整块“肌肉”的制造过程采用了3D打印技术，一次成型，省掉了传统机电设备加工制造中的装配流程，大幅降低了驱动模块的制造成本和周期，且具备耗气量小、动态响应高、可靠性高、对应用场景适应性强等特点。

基于此创意，课题组首先提出了一种新型气动人工肌肉，可应用于柔性外骨骼等人机交互装备的驱动中。气动即以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。与传统气动人工肌肉相比，该设计最突出的特点是不会产生厚度方向的膨胀，从而避免了对人体的挤压。

此外，课题组还提出了一种新型气动管道爬行机器人，可应用于工业管道设施的检查和实时监控。该管道爬行机器人采用仿生尺蠖原理，通过巧妙布置薄膜气缸单元之间的连接，实现机器人在管道内、外壁面爬行。柔性驱动方式的应用使该机器人能够适应大范围管道直径的变化，并可应对直管、弯管、竖管、水平管以及各种角度倾斜管的应用场景，同时机器人可承受自重80倍以上负载。

因为采用了气动方法驱动，软性机器人只能拖着长长的气管尾巴工作。如果将传感器集成到设备中，就能去掉这些气管尾巴，使机器人更独立精致。

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