今年的春茶采摘季，西双版纳傣族自治州勐海县悦成贺开基地的茶农在茶山上看到一个“新伙伴”——高原山地采茶机器人：履带式的“脚”轻松爬上山坡，智能化探头组成的“眼睛”精准识别出茶树上的一芽二叶，在智能化控制系统打造的“大脑”驱动下，模仿人体手臂的机械臂能精准采下茶叶。今年4月，这款由云南农业大学茶学院党委副书记、院长王白娟教授团队主导研发的全球首例高原山地采茶机器人顺利完成测试。目前，已在云南山区无网络茶区进行一芽二叶精准识别及标准化采摘等功能试验。
王白娟（右四）介绍高原山地采茶机器人
破解难题，开展创新研发
“在前几年的走访调研中，不少茶企和茶农都提到，现在采茶的年轻人越来越少、用工成本不断增加。”王白娟说，针对这一情况，她敏锐地意识到：能否研发一款高原山地茶叶采摘机器人？
有了初步的设想后，王白娟第一时间组织团队成员探讨研发方案及其可行性。最终，在云南农业大学校领导及智慧农业团队的支持下，由王白娟团队主导，组建了由茶学院、大数据学院、机电学院等多个院系组成的研发团队。
研发初期，团队跑遍云南主要产茶州（市）和县（市、区），调研现有采茶机械设备的采摘过程，并根据云南省茶园的实际需求开展采茶机器人的设计和研发。经过不断试验和模拟，最终确定了第一代采茶机器人的底盘、智能化控制系统（识别算法）和机械臂的设计方案。
2022年11月，采用履带式底盘、能在50度斜坡上运行、装备有AR3型六轴机械臂的第一代高原山地采茶机器人研发成功。随后，研发进入试验和调试阶段，团队成员把机器人带到普洱、西双版纳等地的山地茶园进行测试，并不断优化其性能和稳定性，使采茶机器人的采摘效率和准确性得到显著提升。
迭代升级，掌握核心技术
云南茶园、茶山环境的复杂性和多样性，在一定程度上制约了茶叶采摘的机械化与自动化。“第一代高原山地采茶机器人可以通过视觉和机器学习算法，在茶园中自动识别、定位和采摘茶叶。”王白娟介绍说，履带式结构能够应对云南茶园中陡峭的山坡和凹凸的地形。但从适应性来说，第一代采茶机器人主要解决的是“从无到有”的问题，要实现广泛应用还需要不断迭代升级，实现“从有到优”。
“第一代茶叶采摘机器人研发完成后，团队共发表SCI论文3篇，获得发明专利和软件著作权作品8件。”王白娟说，在采茶机器人的研发过程中，团队利用YOLO体系算法进行软件开发，从基础构架搭建开始，逐渐掌握关键核心技术，为后期的迭代升级打下坚实基础。
为进一步实现茶叶智慧化采摘，团队成员开始进行第二代采茶机器人的研发工作。第二代采茶机器人主要是应用人工智能，进一步增强其感知和决策能力。同时，机器人配备的传感器和相机等设备，可实时监测茶园的环境变化，通过采集茶叶生长状态、环境变化和产量等数据，进而优化采茶计划，帮助茶园管理者更好地了解和管理茶园的运营情况，从而提高茶叶的质量和产量。
突出特色，助力产业发展
“目前，云南的茶园仍以人工采摘为主，不仅效率低、成本高，还容易出现漏采，造成茶叶资源浪费。”王白娟介绍说，随着云南茶产业的发展升级，对清洁化、标准化以及古茶树保护利用等方面提出更高要求，推广智能化、数据化、精准化采摘，将成为助力云南茶产业高质量发展的手段之一。
“高原山地采茶机器人不仅能够解决人工采茶劳动强度大、效率低、成本高的问题，还能在一定程度上提高茶叶采摘质量和产量。”王白娟表示。在智慧化茶园建设中，可以利用第二代采茶机器人的感知识别功能，构建茶园大数据库，从土壤、气候、产量、病虫害防治等角度为管理者提供参考，也可依托物联网开展滴灌、病虫害防治等自动化操作，进一步降低管理成本。
“目前，我们正在布局第三代高原山地采茶机器人的研发工作。”王白娟说，要把采茶机器人真正应用到产业发展中，还需要不断优化，提高其工作效率。例如，进一步开发完善微光识别和自动伸长机器臂等功能，从而更好地满足茶产业发展的多样化需求。
王白娟表示，未来，高原山地采茶机器人不仅能够提高茶叶生产效率，降低采摘成本，还将在一定程度上推动云南茶产业可持续发展。
本刊记者 李宏刚/文图