スマートな秋の収穫 |トマト栽培温室レポート「新入社員」

制作：中国科学普及協会

著者: 孔徳一、呉銀庭 (中国科学院合肥物理科学研究所知能機械研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

スマート秋の収穫アシスタント名刺

小さなアシスタント: トマト収穫ロボット

脳：ROSシステム

4つのコア技術：ディープラーニングアルゴリズムにより果物の認識率を向上。マイクロカメラで果実の成熟度を判定します。ロボットアームがピッキングを実現。無軌道移動シャーシにより柔軟な運転が可能

エネルギー値: 5 つ星

身分証明書用写真:

トマト収穫ロボット

（画像出典：著者）

スマート秋の収穫アシスタント自己紹介

誰もがトマトを食べたことがあるでしょうが、誰がそれを収穫したのでしょうか?私！

私はトマト収穫ロボットで、主な仕事はトマトを収穫することです。私は2021年に生まれ、中国科学院合肥物理科学研究所の研究者によって作成されました。私はまだ2歳だからといって騙されないでください。植物工場などの屋内環境でミニトマトの自動収穫をすでに上手にこなせるようになりました。

私がピッキング作業を柔軟かつ効率的にこなせるのは、脳内にROSシステムが埋め込まれているからです。 ROS は「Robot Operating System」の略称で、大量の共有リソースを活用し、研究開発の効率を大幅に向上させることができる柔軟性の高いオープンソースソフトウェアアーキテクチャです。そのため、ロボットの研究開発担当者に導入されるケースが増えています。

人間の腕とは異なり、私は主にロボットの腕と手を使って熟したトマトを一つずつ収穫します。

私の腕には小さなカメラが取り付けられており、それが私の「目」として機能します。果物の色で熟度を判断するのに役立ちます。熟していると判断された果物については、その位置もすぐに計算できます。そして、ROSシステム（つまり私の脳）がロボットアームを制御して果物の近くまで移動させ、ロボットアームの先端に取り付けられたロボットアームを使って果物の摘み取りを完了します。

熟度の異なるトマト

（写真提供：veerフォトギャラリー）

調理済みですか？どうやって選ぶの？そんなこと全部知ってるよ！

ディープラーニングアルゴリズムを使用して、事前に大量のミニトマトの認識トレーニングを実施し、ターゲットの認識精度を大幅に向上させます。収穫ロボットの慎重な設計とロボットアームの動作プロセスの正確な制御により、ミニトマトの収穫の成功率も向上します。

一般的に、植物工場環境で栽培される同じ品種のミニトマトのサイズはそれほど変わらないため、私のロボットアームは、落下を心配することなく、各ミニトマトを正確に収穫できます。品種によって大きさが大きく異なるトマトに遭遇した場合、研究チームは特別な収穫ロボットも設計してくれます。

トマトは柔らかくて皮が薄いです。収穫の過程で果物が傷つかないように、私の機械の指の表面は特殊な柔らかいゴム素材で作られており、収穫の過程で果物が傷つくことはありません。さらに、柔らかいゴム素材は表面が粗く、摩擦が大きいため、果物が「手」の中で滑って落ちるのを防ぐことができます。

私の収穫対象は矮性トマトです。小さなトマトの果実の位置は比較的散らばっているので、私の収穫方法は、一度に小さなトマトの果実を1つだけ収穫することです。果物を1つ摘むのに約10秒かかります。

果実が密集した背の高いトマトの木の場合、ロボットアームを交換することで、一度にたくさんの小さなトマトを収穫することができます。

ミニトマトの束

（写真提供：veerフォトギャラリー）

一部の収穫ロボットはトラック型移動シャーシを使用しており、ロボットは固定されたガイドレールに沿ってのみ移動できます。このため、トマトの苗の位置とロボットのガイドレールの位置は固定されており、自由に変更することはできません。作業現場の環境に適応できず、植物工場のような半構造化環境には適していません。

しかし私は違います。私は、あらゆる方向と広範囲に自律的に移動できる無軌道移動シャーシを使用しています。その場で360度回転できます。柔軟性と操作性に優れており、特に植物工場の栽培棚間の狭いスペースでの操作に適しています。地上にレールや誘導用の目印を敷く必要がないので、植物工場にとってより「優しい」ものになります。

精密給餌：ピッキング後の配置

収穫作業のさまざまな機能を紹介してきましたが、収穫後に収穫したトマトの実をフルーツトレイやバスケットなどの所定の場所に正確に収める方法について興味がありますか?

実は簡単です！事前に腕に取り付けたカメラでフルーツ皿のターゲット信号を検知し、フルーツ皿の中心を見つけて、その位置座標を脳（ROS システム）に送信するだけです。次に、ROS システムが指示を出し、ロボット アームとマニピュレーターを制御して目標位置に移動し、指を離して果物をフルーツ プレートに正確に置きます。

私の手のひらとロボットアームの間には「前腕」があり、これによってロボットアームの作業スペースが広がり、ロボットアームがより遠くからトマトの実を摘むことができるようになります。一方、 「小さなアーム」にはロボットの開閉を制御するためのモーターが搭載されています。モーターが正回転すると、ロボットは果物を締め付けて挟み、摘み取って、指定された位置に移動します。モーターが逆回転すると、ロボットは果物を放して置きます。

アシスタントからのメッセージ

もちろん、私の役割はトマトの収穫を手伝うことだけではありません。研究者が私に二次的な技術開発を施した後は、他の種類の果物や野菜を収穫したり、受粉やその他の作業を行ったりすることもできるようになります。

私はロボットなので、皆さんと同じようにトマトを味わうことはできませんが、私の助けで皆さんにおいしいトマトを味わっていただくことは、私にとってとても幸せなことです。今後も新機能をリリースしていく予定ですので、今後の活躍にご期待ください！