【ZiDongHua 之自動(dòng)化學(xué)院派收錄關(guān)鍵詞： 采摘機(jī)器人 智能駕駛 機(jī)器視覺 無人駕駛】

　　

　　小小番茄輕松拿捏！北工大這支團(tuán)隊(duì)研發(fā)番茄自主采摘機(jī)器人

　　

　　在北工大

　　

　　有這樣一位又美又颯的博導(dǎo)

　　

　　她和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的

　　

　　番茄自主采摘機(jī)器人采摘平均成功率86.67%

　　

　　采摘每串番茄只需32.46秒

　　

　　她主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目

　　

　　帶領(lǐng)師生在世界智能駕駛挑戰(zhàn)賽等

　　

　　國(guó)內(nèi)外重要比賽中多次奪冠

　　

　　她就是

　　

　　北京工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

　　

　　副院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師馬楠教授

　　

　　今天和工小V一起

　　

　　探尋她和智能交互的緣分~

　　

　　番茄自主采摘機(jī)器人，“牛”在哪兒？

 

　　

　　這幾年，機(jī)器人自主采摘番茄串始終是個(gè)難題——市面上多數(shù)機(jī)器人不夠靈活，在壟間作業(yè)時(shí)極易刮壞番茄；如果它們直接生拉硬拽，番茄和藤蔓都可能遭殃。此外，不比蘋果等較硬的作物，柔軟的番茄萬一不慎著地，前功盡棄。

　　

　　北京工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院馬楠教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與中科原動(dòng)力韓威團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)了新型機(jī)器人AHPPEBot（Autonomous Robot for Tomato Harvesting based on Phenotyping and Pose Estimation），逐一解決了這些問題。它能通過智能感知“看”清番茄的位置和形態(tài)，精準(zhǔn)識(shí)別并判斷對(duì)哪些番茄串“下手”，自主決定怎么摘再“動(dòng)手”。

　　

　　研究團(tuán)隊(duì)深入研發(fā)了機(jī)器人自主采摘流程涉及的多項(xiàng)核心技術(shù)。在分析番茄的外貌特征方面，采用“多任務(wù)深度模型檢測(cè)”和“自適應(yīng)DBScan聚類算法”，就像給機(jī)器人裝了火眼金睛，即便在密密麻麻的枝葉間也能一眼認(rèn)出哪串番茄熟沒熟透、果子總共多少。在分析番茄的三維坐標(biāo)方面，團(tuán)隊(duì)采用了基于深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)方法，就像給機(jī)器人戴了3D眼鏡，幫機(jī)器人“看清”番茄枝的位置和形狀，定位誤差不超過5毫米。這樣一來，機(jī)器人摘番茄時(shí)變身熟練果農(nóng)，不僅知道如何走位，還能規(guī)劃“手臂”的最佳路線，動(dòng)作柔和又安全。最酷的是，團(tuán)隊(duì)給AHPPEBot機(jī)器人環(huán)形的“手”裝了多個(gè)定制釘狀導(dǎo)向槽和精細(xì)鋸片，機(jī)器人只會(huì)把番茄花梗放進(jìn)槽中并鋸斷，不會(huì)“誤傷”藤蔓。被采摘的番茄串會(huì)安全落入網(wǎng)兜，再被機(jī)器人依次放入收納筐。全方位的技術(shù)升級(jí)，使AHPPEBot的采摘更安全、更精確、更高效。在連續(xù)自主采集能力測(cè)試中，AHPPEBot在壟間從頭到尾搜索和采摘整整100米，平均采摘成功率86.67%，平均采摘每串番茄用時(shí)32.46秒。

　　

　　人工智能使智能機(jī)器“更懂人情世故”

　　

　　服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求是馬楠教授和團(tuán)隊(duì)的科研追求。來到北工大后，她帶領(lǐng)的智能交互團(tuán)隊(duì)以重大科技計(jì)劃等任務(wù)為航船，以產(chǎn)業(yè)需求和關(guān)鍵技術(shù)為羅盤，一次次在科技藍(lán)海里乘風(fēng)破浪，收獲無數(shù)“寶藏”。

　　

　　“番茄采摘機(jī)器人其實(shí)是我的‘副業(yè)’，我們主要研究移動(dòng)機(jī)器人。”馬楠神采飛揚(yáng)地說。博士畢業(yè)后，她便加入中國(guó)工程院院士、歐亞科學(xué)院院士、中國(guó)智能學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)李德毅院士團(tuán)隊(duì)，繼續(xù)開展智能交互應(yīng)用領(lǐng)域的研究。“十幾年前，我們就開始琢磨如何讓機(jī)器人更理解人的意圖，與人友好地交流。”作為智能交互團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，馬楠的工作一直圍繞著這個(gè)任務(wù)，深耕交互認(rèn)知、機(jī)器視覺，并以無人駕駛和智能機(jī)器為載體開展理論研究和應(yīng)用落地。

　　

　　馬楠教授在“地平線”世界智能汽車年度車型評(píng)價(jià)的實(shí)車測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

　　

　　可交互、會(huì)學(xué)習(xí)、自成長(zhǎng)——這是馬楠對(duì)機(jī)器智能交互的期待。“如果說交互是人類社會(huì)形成共同認(rèn)知的基礎(chǔ)，智能交互就是人機(jī)行為協(xié)同的重要保障。”近年來，馬楠所在的智能交互課題組聚焦多視角連續(xù)動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別的研發(fā)，并致力于優(yōu)化交互控制系統(tǒng)以及采用多模態(tài)數(shù)據(jù)助力智能交互的發(fā)展。換句話說，就像是教智能機(jī)器學(xué)會(huì)讀唇語、看眼神，更精準(zhǔn)、更智能地理解與識(shí)別人體姿態(tài)和手勢(shì)。在她眼中，智能交互研究就是讓機(jī)器有智商、有情商，“更貼心”“更懂人情世故”。團(tuán)隊(duì)積極和企業(yè)合作，共同合作研發(fā)的無人駕駛智能交互編隊(duì)系統(tǒng)在武漢工業(yè)園區(qū)等落地應(yīng)用；共同合作研發(fā)的移動(dòng)機(jī)器人智能感知與人機(jī)交互系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位和聲像識(shí)別等交互功能，被應(yīng)用在2022年北京冬奧會(huì)物流智能配送工作當(dāng)中，為國(guó)家重大賽事舉辦提供了有力保障。她給工小V舉例：“想象一下，駕駛過程中，智能汽車怎么快速感知到人的疲勞？是通過觸摸屏感受你動(dòng)作的細(xì)微變化，還是靠大模型訓(xùn)練或者云端數(shù)據(jù)分析來判斷你的情緒波動(dòng)？”這些看似不起眼的小細(xì)節(jié)，蘊(yùn)含著推進(jìn)產(chǎn)品迭代更新的關(guān)鍵技術(shù)，這也是馬楠和團(tuán)隊(duì)每天都在琢磨的大問題。

　　

　　馬楠教授獲得2022年中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)

　　

　　“我們的學(xué)生一定要有堅(jiān)定的理想信念”

　　

　　“交互引領(lǐng)、應(yīng)用落地”，這是馬楠教授和團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)信念，更是團(tuán)隊(duì)的行動(dòng)指南。在人工智能與教育融合發(fā)展的背景下，馬楠不想照本宣科地傳授知識(shí)，而是把團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一系列智能交互科研項(xiàng)目融入教學(xué)實(shí)踐，并以此建設(shè)了“五位一體”智能交互技術(shù)教學(xué)平臺(tái)——包括主講“智能交互技術(shù)”國(guó)家級(jí)一流本科課程、主編北京市優(yōu)質(zhì)本科教材《智能交互技術(shù)與應(yīng)用》、開發(fā)智能交互輪式機(jī)器人教學(xué)載體、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)和編寫智能交互技術(shù)實(shí)踐教學(xué)案例。培養(yǎng)的畢業(yè)生成為中關(guān)村高新企業(yè)負(fù)責(zé)人，開展智能機(jī)器人、交互技術(shù)教學(xué)載體的設(shè)計(jì)與研發(fā)工作。

　　

　　“北工大的同學(xué)是非常勤奮踏實(shí)的。”這是馬楠的切身體會(huì)。團(tuán)隊(duì)里做番茄采摘機(jī)器人研究的控制科學(xué)與工程學(xué)科博士生李興旭，經(jīng)常在試驗(yàn)田與學(xué)校兩頭跑，夏天在四十多度的溫室里也堅(jiān)持采數(shù)據(jù)、找問題，分秒必爭(zhēng)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和創(chuàng)新算法寫成論文，并在機(jī)器人領(lǐng)域國(guó)際高水平會(huì)議IEEE International Conference on Robotics and Automation （ICRA 2024） 上發(fā)表。在她看來，學(xué)生不僅要有學(xué)術(shù)能力，還應(yīng)在科研工作中掌握解決問題的能力，以賽代練。這幾年，她帶領(lǐng)師生在國(guó)內(nèi)外人工智能、世界智能駕駛挑戰(zhàn)賽等國(guó)內(nèi)外重要賽事中屢屢奪冠，其中“無人駕駛云智能交互系統(tǒng)”項(xiàng)目在第二屆中國(guó)“AI+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽里從2000多支隊(duì)伍中脫穎而出，獲得特等獎(jiǎng)。

　　

　　馬楠教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)師生參加ICRA2024

　　

　　“我始終牢記作為教師立德樹人的使命和責(zé)任。在團(tuán)隊(duì)中，我會(huì)盡我所能引領(lǐng)大家、傳授知識(shí)，為學(xué)校、為時(shí)代培養(yǎng)更多高素質(zhì)創(chuàng)新型工科人才。能親眼見證他們的成長(zhǎng)，這是我最快樂的事。”馬楠說。

 

　　

　　馬楠教授及其團(tuán)隊(duì)

　　

　　躬耕教壇，強(qiáng)國(guó)有我

　　

　　志向和信念促使她腳踏實(shí)地

　　

　　巾幗建功，科技強(qiáng)國(guó)

　　

　　勇氣和抱負(fù)激勵(lì)她一往無前！

　　

　　工小V推薦

　　

　　北京工業(yè)大學(xué)召開本科教育教學(xué)審核評(píng)估工作推進(jìn)會(huì)暨第七次教育教學(xué)大討論啟動(dòng)會(huì)

　　

　　畢業(yè)就有！北工大專屬禮包給你足夠?qū)檺郏?/div>