在流水線上分揀胡蘿卜的智能機器人

本刊記者|柴帆

從歷史上看，世界各國推進農業現代化的道路大有不同，但唯一的共同點就是現代農業必然高度依靠科學技術。未來，機器人的大面積出現將會逐漸取代傳統勞動力，成為農業發展的得力助手。

在位于山東省萊西市店埠鎮的青島有田農業發展有限公司生產車間里,一臺機器人正在對生產線上的胡蘿卜進行360°鏡面掃描。機器可以用10毫秒的時間掃描處理完胡蘿卜圖像,實現分揀精準快速,一秒鐘可以處理100張圖像,分揀6根胡蘿卜。

店埠與它的胡蘿卜

萊西, 名源“萊陽之西”,這座在夏、商就已存在的城市，不僅具有悠悠歷史和宜人氣候，更具有充滿現代氣息的創新和探索精神。

萊西的四季變化和季風進退明顯，空氣濕潤，氣候溫和，四季分明，由于位于大沽河畔，水資源豐富是其得天獨厚的優勢，且當地土壤是黑黏土，土壤肥沃，非常適合種植胡蘿卜，萊西店埠鎮有“中國胡蘿卜之鄉”的美譽。

店埠胡蘿卜以紅皮、紅肉、紅芯的“三紅”聞名，具有色澤好、光滑度高、甜度高等優點，深受市場歡迎。每年到了收獲季節，來自上海、浙江等全國各地的客戶紛沓而來。店埠蘿卜是“山東省省級特色農產品”，店埠胡蘿卜已于2010年獲得國家地理標志認證。2013年起連續三屆獲評“全國名特優新農產品”。

店埠胡蘿卜享譽海內外，據統計，店埠鎮年出口胡蘿卜10多萬噸，主要發往東南亞、韓國、日本、中東等地，出口量占山東地區的九成以上。

店埠種植胡蘿卜的歷史可以追溯到1995年。當時，只有幾戶村民種植胡蘿卜，收獲后會將胡蘿卜拿到附近的農貿市場出售。一名外地客商嘗了嘗，發現味道非常好，當場全部收下這些胡蘿卜，并表示有多少要多少。這名客商將這幾戶農戶家的胡蘿卜全部收購后，轉銷外地，大受歡迎。隨后，這名客商在當地包下一片土地，雇傭當地村民種植胡蘿卜。隨后有不少客商慕名來收購，種植胡蘿卜的農戶也越來越多，逐漸成了規模。如今，該村家家戶戶種植胡蘿卜，少的有三四畝地，多則高達三四十畝地。

據了解，店埠鎮有30多個村莊種植胡蘿卜，種植農戶達到7000多戶，種植面積達5萬畝。收獲期間，每天500萬斤的胡蘿卜銷往全國各地，胡蘿卜產業的年產值在5億元以上。店埠胡蘿卜享譽海內外，據統計，店埠鎮年出口胡蘿卜10多萬噸，主要發往東南亞、韓國、日本、中東等地，出口量占山東地區的九成以上。

智能機器人分揀胡蘿卜

時年28歲的耿琪超便出生在這里，在這個土生土長的萊西小伙身上，齊魯大地人特有的氣質被體現的淋漓盡致，純樸中含有睿智，大度中透出豪邁，說他們粗獷豪放，卻也至誠耐勞。

在美國明尼蘇達大學讀經濟學期間，耿琪超和同學得到美國田間實習，第一次接觸到國外先進的農業技術和較高的農業機械信息化水平，切身經歷美國農莊從播種到收獲的自動化與機械化之后，他的心情非常沉重。

“在萊西，兩口之家每年最多能種十幾畝地，而在美國，一個人運用現代機械化，輕輕松松就可以管理萬畝良田。”

耿琪超夢想著把家鄉的父老鄉親從土地上解放出來。留學期間，他利用課余時間接觸先進的農業技術和機械化作業，立志將機械化農業作業帶回養育自己的家鄉。

2013年，耿琪超回國創業，任青島有田農業發展有限公司（以下簡稱“有田農業”）總經理，從事起了胡蘿卜的種植、加工和出口生意。有田農業是一家主要從事農產品加工出口貿易的企業，在充分了解到農產品初加工領域的現狀和不足后，2013年起，有田農業開始在智能農業設備領域進行研發。

耿琪超發現，想要實現自己的愿望并不簡單。西方的大農業生產，農業集中化非常成熟，機械操作也隨之變得簡單。但在中國這片人口眾多的土地上，這似乎成了不可能的事情。雖然大家也已經在尋找讓農業變得輕松的方式，但真正實現農業生產全自動化還是任重而道遠。

“我發現鄉親們在胡蘿卜的種植和管理上問題不大，但是在分選胡蘿卜時，人工分揀效率低、標準無法統一、質量難以保障，不能滿足外貿行業對胡蘿卜的分選要求，且很多工人在一個車間里集中作業有安全風險，加之市場上又沒有相應的產品，我就琢磨著發明個機器，解決胡蘿卜的分選難題”。

胡蘿卜智能分揀機器人主要應用機器視覺和模式識別，通過高精準的氣動裝置和柔性機械設計，對胡蘿卜實現分級分揀。

針對人工分選胡蘿卜效率低、質量差，無法滿足外貿行業對胡蘿卜的分選要求等問題，耿琪超與青島農業大學進行產學研合作，聯合在智能農機裝備和現代農業物聯網領域進行開發研究。

2013年，有田農業成功申請為青島市農業智能軟件專家工作站，吸引了數位教授與博士入駐進行科研攻關。該項目緊跟國際計算機視覺檢測農產品的發展趨勢，借鑒了發達國家產品的優點，根據胡蘿卜的外觀特征，開發了一套集計算機、人工智能、模式識別、微電子技術等高新技術為一體的胡蘿卜品質檢測系統及設備。

談起研發過程中的艱苦，耿琪超說：“僅僅研究精準控制胡蘿卜運動軌跡這一項技術，我們就實驗了十幾種方法，整個分揀機的研發過程可以說失敗了成百上千次。”

研究胡蘿卜分揀機是一個從無到有的過程，耿琪超帶領著團隊度過了艱難的創業期。

“當時為了攻克精準打果而且不傷果的問題，研發團隊在車間一呆就是幾個月，進行了大量試驗，為了精確把握打果位置，我們用墨水來標記，一天下來，大家都被噴成了墨人。”

三年間，耿琪超共帶領著他的團隊先后主持國家中小企業創新基金1項，青島市、萊西市各類科技發展計劃項目10余項，申請專利15項，授權軟件著作權12項，2項科研成果達到國內領先水平，1項科研成果達到國際先進水平。

耿琪超認為，這些產品技術的應用，每年不僅可以給公司節省上百萬人工成本，胡蘿卜年出口量也將提高30%，給農民帶來更大收益，并為數十名大學畢業生提供了一線研發實踐崗位，帶動周邊農民，大學生及失業者就業。

小技術促進果蔬分揀大發展

隨著人民生活水平的不斷提高，外貿與加工業的發展，胡蘿卜作為健康蔬菜，在我國栽培面積逐年擴大。農業部近年統計資料表明，我國胡蘿卜栽培面積已近26萬hm2， 主要分布在華北、華中、西南、西北與東北的部分省份，其中河北、山東、遼寧、江蘇、四川、河南、安徽等省的播種面積都在0.6萬hm2以上。

在大面積種植胡蘿卜的今天，智能胡蘿卜分揀機器人的出現，無疑為廣大種植戶提供了有利工具。目前，耿琪超已經收到多家農產品加工廠，農產品出口企業關于胡蘿卜智能分揀機器人的訂單。

胡蘿卜智能分揀機器人主要應用機器視覺和模式識別，通過高精準的氣動裝置和柔性機械設計，對胡蘿卜實現分級分揀，并且自動按照國際標準對果蔬的大小、果形、顏色、缺陷進行品質分級，顏值高的進行裝箱出口銷售，顏值低的進行再加工。此外，胡蘿卜智能分揀機器人節約了大量的勞動力和勞動成本。耿琪超表示：“勞動力一天一人能揀2噸左右，機器一小時理論上可以達到3-6噸，并且可以連續作業不會疲勞，大概能取代20-30人工作。”

果蔬是我國繼糧食產業之后的第二大農業支柱性產業，其中，果蔬分選與篩揀是食品加工中的必要環節。耿琪超認為：“我國果蔬分選領域起步太晚，也沒有成規模，相應的機器學習，精準控制技術和國外都有差別。”

傳統分揀主要依靠人工，但人工分揀主要依靠從業經驗，效率低且質量沒法保證。隨著中國人口結構的變化，人口紅利逐漸消失，上游食品和農產品加工行業普遍面臨招工困難的窘境，分揀果蔬是一種簡單且繁瑣的工作，越來越多的年輕人，都不愿意從事這項有苦又累的工作。盡管市面上已經出現了各種各樣的果蔬采摘分選機，但分選指標仍然停留在大小、重量等粗略特征，且分選精度、功能集成度普遍較低。在分揀領域，工業機器人只能完成固定模式物體的抓取，對于混雜物體的識別和分揀，依然有90%以上通過人工方式完成，極大地限制了工業生產的效率。

耿琪超認為，這項研究成果不但可推廣應用在胡蘿卜的深加工分級中，還可以推廣到蘆筍、蓮藕、黃瓜等果蔬的加工分級包裝中，不但有利于提高農產品的產業化程度及其在外貿出口中的國際競爭力，而且有利于提高特色品牌產品的知名度。對于果蔬分選的發展來說，胡蘿卜智能分揀機器人的出現中不是舉足輕重，卻也功薄蟬翼。

“下一步，我們的主要計劃是完成產品閉環，實現無人化裝箱、包裝，大力發展高效現代農業和農業機器人。”耿琪超說。

我國是一個農業超級大國，自古以來，農業就是我們的支柱產業。隨著科技的進步，我國大部分農業生產已經實現了半自動化。農業的未來在于智能化，農業生產機器換人大勢所趨，也符合鄉村振興和新舊動能轉化。大力實施鄉村振興戰略，必須把著力點放在農業農村的現代化上，而發展現代農業、建設現代農村的根本出路在科技。