50歲大叔回劍橋讀AI博士，研發(fā)機(jī)器人用AI收生菜

郭一璞 2019-07-10 13:11:59 來源：量子位

郭一璞 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

機(jī)器收割農(nóng)作物，不是什么新鮮事，小麥、土豆都有合適的機(jī)器。

但和這些耐操的糧食作物相比，收割容易碰壞的蔬菜，似乎難了很多。

比如球生菜，一種脆嫩嬌弱的農(nóng)作物，難以被機(jī)械收割，要是草草收割，生菜球切掉半個(gè)，那可沒法賣。

現(xiàn)在，劍橋一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)就實(shí)現(xiàn)了讓機(jī)器人靠AI收球生菜。

相比人類收菜，機(jī)器人收菜可以減輕農(nóng)民的勞動(dòng)量，菜農(nóng)們不用辛辛苦苦趴在地里手動(dòng)收菜了。

而且，還能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)的收菜方式，人類通常在成熟季節(jié)收一次就好了，那些沒熟的菜會(huì)浪費(fèi)掉，但機(jī)器人不會(huì)覺得“好機(jī)不收回頭菜”，還可以等長(zhǎng)大后返回來再收，甚至能根據(jù)不同的訂單要求，實(shí)現(xiàn)按需收菜。

收菜機(jī)器人

這臺(tái)名叫Vegebot的機(jī)器人，包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)六自由度UR10機(jī)械臂，兩個(gè)攝像頭和一個(gè)特制的籠子狀的末端執(zhí)行器，另外，還需要連接一臺(tái)筆記本電腦運(yùn)行控制軟件。

這些設(shè)備運(yùn)行在一臺(tái)有輪子的平臺(tái)上，輪子左右的距離剛好卡在兩排生菜之間的過道里，可以做一個(gè)行走的收菜俠。

收菜過程中，由頭頂?shù)南鄼C(jī)收集信號(hào)，筆記本電腦和UR10的控制器分工控制末端執(zhí)行器和機(jī)械臂。

怎么收菜

雖然超市里的球生菜看起來是非常圓滿完整的，但一大片生菜田可不是這樣。

球呢？藏在一大片綠綠的菜葉子里，要先找到生菜球的位置。

因此，第一個(gè)攝像頭就要靠計(jì)算機(jī)視覺，找出所有的生菜球，這里，研究團(tuán)隊(duì)用到了YOLOv3算法，因?yàn)樗乃俣缺容^快。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)自己做了一個(gè)生菜數(shù)據(jù)集：

再結(jié)合劍橋大學(xué)2015年的Deepfarm數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練生菜目標(biāo)檢測(cè)模型，鎖定生菜球們都分布在哪里。

找出來之后還不算，畢竟生菜球不是標(biāo)品，大球小球各不同，長(zhǎng)大成熟的可以拿去賣掉，還小的生菜就等它長(zhǎng)大再回來收吧。

但是，長(zhǎng)大成球的生菜里，也有老弱病殘，要是收了老弱病殘，那可能就會(huì)傳染給健康的生菜，萬萬不能碰的。

所以，要完成針對(duì)生菜的分類，選出那些值得收的生菜。

這里，研究人員找到了665個(gè)球生菜的照片，做成數(shù)據(jù)集，87.5%作為訓(xùn)練集，12.5%作為測(cè)試集，用Darknet分類器訓(xùn)練分類技能。

現(xiàn)在，你找到了一顆完整、飽滿、成熟、健康的生菜，該對(duì)它動(dòng)刀了。

下手之前，需要先借助Aruco碼來校準(zhǔn)校準(zhǔn)末端執(zhí)行器的位置，之后，把末端執(zhí)行器扣在生菜頭上，用溫柔的抓手抓住這顆生菜，保證其不會(huì)被壓壞。

根據(jù)超市收蔬菜的要求，借助皮帶驅(qū)動(dòng)和雙氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，在第二個(gè)攝像頭的監(jiān)控下，直直的沿著生菜的莖切下去。

好了，恭喜成功割生菜。

最終的收割成功率大概在88%

劍橋出品

這項(xiàng)研究的作者們來自劍橋大學(xué)工程系，一作Simon Birrell，上世紀(jì)80年代就從劍橋大學(xué)碩士畢業(yè)，之后成了一名企業(yè)家，創(chuàng)立了三家公司，從事過商業(yè)智能、消費(fèi)咨詢、電影制片、娛樂等領(lǐng)域，2016年又以50歲的高齡回到母校開始讀AI和機(jī)器人博士。

研究者們對(duì)這臺(tái)機(jī)器人報(bào)以巨大的希望，他們希望開發(fā)不僅限于球生菜的機(jī)器，在其他地上作物上也能用。

另外，根據(jù)機(jī)器人收菜的數(shù)據(jù)，還有額外功能：統(tǒng)計(jì)生菜產(chǎn)量，判斷不同土地的肥沃程度

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論文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/rob.21888