三维激光扫描仪提升采摘机器人感知能力

无论是草莓、芦笋还是苹果，采收季往往面临熟练工短缺的困境。为此，众多科研团队正致力于研发可为农业企业提供助力的采摘机器人。“目前已有若干原型机，但均未达到理想性能。”维尔茨堡尤利乌斯-马克西米利安大学机器人学教授Andreas Nüchter表示。

为提升田间机器人的传感技术，Nüchter团队为波茨坦莱布尼茨农业工程与生物经济研究所（ATB）开发了新型三维激光扫描系统。该系统通过可靠测量果实含水量（决定采收时机的关键指标）等参数，可更精准评估植株状态。

三维激光扫描仪正在夜间对苹果树进行扫描

ATB研究员Manuela Zude-Sasse博士率领团队将该系统部署于波茨坦试验场，初步测试已获成功。这台三维激光扫描仪安装在环绕120棵棚架苹果树的传感输送站上。Nüchter教授指出，首轮测试证实“我们能对植株进行有效测量与建模”，这对采摘机器人至关重要——它们必须准确“解读”苹果树等作物的个体差异。

“掌握成熟度数据对园艺产品的种植调控、采收时机和贮藏管理具有重大意义，”Zude-Sasse博士解释道，“在全球变暖导致生长因子日益多变的背景下，获取果实发育的精确数据对科学建模及未来商用采摘机器人都愈发重要。”

此次苹果树扫描图像显示，激光扫描线同时照亮了背景中的林缘轮廓

三波长植物测量技术
该新型传感系统将持续运行至2025年11月，对120棵苹果树进行监测。植物扫描仪采用防风防雨设计，可在0-40℃环境温度下工作。其基于结构光原理运行：向植株投射520nm（绿光）、660nm（红光）和830nm（近红外）三种波长，通过反射信号获取植株三维空间信息。由于各波长信号可独立解析，为监测植株含水量等生理特性开辟了新途径。

当前三维激光扫描仪仅限实验用途，其激光强度可能损伤人眼视网膜，因此户外操作需严格管控。ATB对测量区域实施准入管理，确保未经培训人员远离作业区，但激光对植物本身无害。

结构坚固耐用，该激光扫描仪可抵御降雨并耐受高达40℃的高温环境
 

该项目融合了JMU机器人团队在光学设备研发领域的核心优势，以及ATB在作物研究方面的长期积累——该所已开发用于果实品质分析的光谱光学方法，并建成完备的田间植株分析基础设施。新型三维植物扫描仪将进一步提升建模数据质量，为未来采摘机器人制定更精准的作业规范。

Nüchter教授是ATB的理想合作伙伴：其团队正为太空探索开发类似的激光扫描技术。“无论是月球还是火星任务，水资源探测都是核心课题。我认为激光扫描技术对此具有独特优势。”这位教授强调道。