(中国林业教育 2025-11-13)

北京亦庄，2025世界机器人大会展馆内人声鼎沸。展区内，一双橙黄色的机械臂在模拟果树枝桠间灵活穿梭，轻轻一探，便将大红苹果稳稳送入收纳框内，动作流畅如人手。围观者惊叹不已，纷纷举机拍照录像。

这台由西北农林科技大学杨福增教授团队自主研发的苹果双臂采摘机器人，正以0.015 秒的“瞬间识别”、7.5 秒的“单果速摘”、令人惊喜的“无损采摘”，诠释着“科技赋能农业”的力量。

越来越先进的苹果采摘机器人，见证了杨福增教授团队不断逐梦的历程，为破解我国苹果产业发展困境带来曙光。

研发中国自有的苹果采摘机器人

杨福增出生在甘肃会宁农村，自幼目睹家乡农业“人扛牛耕”的艰辛。在他的心中，早就埋下了“为乡村做点事”的种子。

1985年，杨福增考入西北农林科技大学农机设计与制造专业，硕士毕业后并留校工作。2009年，他在西北工业大学从事博士后研究并参与 C919 大飞机相关项目。这一年，在导师张艳宁教授的指导下，他做出决定：将农机研究重点从平原调整到丘陵山地。

这一选择并非心血来潮——据统计，我国丘陵山区占国土面积近70%，产出约50%的水果，约30%的粮食。这些地区的果园普遍存在“牛进得去，铁牛进不去”的机械化困境。

多年深耕终有收获。杨福增带领团队陆续研制出山地遥控耕地机、丘陵山地小型履带遥控拖拉机、XN-402P遥控全向调平山地拖拉机等山地农机，还研发了配套的郁闭果园遥控喷药机、遥控施肥机、遥控割草机、声控升降作业机以及旱区杂粮精量播种机、马铃薯联合播种机等粮田机具。其中，两台山地农机还登上了央视“超级新农人”挑战赛舞台并获奖。

在丘陵山地农机研究中，杨福增发现了一个新的问题：我国是全球最大的苹果生产国，产量占世界苹果总产的50%以上，但我国苹果采摘作业中的采收环节机械化率仅为2.7%，占总生产成本的30%至40%。“梯子+篮子”的传统苹果采摘方式落后，时常有果农不慎从梯子上摔落下来。“能否安全采摘？再过几年老人们干不动了，苹果谁来采？” 杨福增教授深感担忧。

陕西延安的苹果园里，老周正对着自家果树发愁。他算了一笔账：每到采摘季，工人比苹果还“抢手”，20亩果园要雇30个人忙活多日，工钱占卖果收入三成，“有时候遇上阴雨天，果子烂在树上，一年的辛苦就打水漂了。”这种 “丰收愁”，是我国苹果主产区千万果农的共同难题。

杨福增进一步了解得知，苹果采摘机器人研究是国内外农业机器人领域的研究热点和难点，涉及机械、电子、控制、人工智能等多个学科，技术门槛高、研究投入多、研发难度大。美国早在20世纪80年代后期就开始探索研发苹果采摘机器人，但成功率仅为50%。而我国苹果采摘机器人研究起步较晚，大多还处于实验室开发或测试阶段。

看到差距和需求，杨福增暗下决心：集中力量，研发中国自有的苹果采摘机器人。

他先后到清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学进修，系统学习计算机编程、信号处理、现代数学等方面的新理论、新方法。

自2009年起，杨福增开始布局，安排团队每两年分配1~2名学生，探索苹果机器人和机器人编队研究。2012年，团队获得果实采摘机器人灵巧手专利。苹果采摘机器人之梦，开始步入现实。

苹果双臂采摘机器人亮相央视

苹果采摘机器人的核心要求是高效与无损，然而机器人要做到这两点并非易事。“机器人摘苹果要过三道关：‘看’得准，‘够’得着，最关键的是‘大脑’灵活，还不能伤了苹果。” 杨福增教授用通俗的语言，道出研发难点。

在农业农村部苹果全程机械化科研基地建设项目和陕西省苹果科技重大专项的支持下，他带领团队开启了漫长的试验与筛选。为解决复杂果园环境中苹果被遮挡的问题，团队测试了几十种算法和模型；为优化采摘手性能，从握持姿态到采摘模式，每一个细节都经过反复打磨。

最终他带领团队取得了两项关键突破：一是迭代出具有提取目标快、识别精度高的高效识别算法，实时定位苹果并分类，大大提升了采摘的速度与成功率。二是优化采摘手设计，确定了最优三指握持姿态，并测试出4种采摘模式。其中“旋转—水平拽拉模式”功耗与抓握力最小，实现“抓得稳、采得下”的核心目标。

技术突破的成果很快落地。2021年3月，团队研发的第一台单臂采摘机器人正式问世，当年9月便走进该校白水苹果试验示范站“上班”。看着梦想从图纸变成实物，还能下地干活，杨福增甚感欣慰。

2022年11月，团队在单臂采摘机器人的基础上增加采摘臂，成功打造出苹果双臂采摘机器人。不仅如此，团队在攻克机器人编队通信、定位导航、任务分配等核心技术后，还搭配前后两台装载转运机器人，构建起国内第一套苹果采摘—转运多机器人系统。

升级后的苹果双臂和五臂、六臂采摘机器人，展现出令人瞩目的性能：识别速度仅需0.015 秒；采摘环节采用仿生旋转拉拽技术，彻底告别了传统拉拽、振摇分离方式对果实的损伤，同时降低了能耗；在效率方面，单臂单果采摘速度平均约7.5 秒/个，未来整套采摘—转运多机器人系统投入使用后，每小时可采摘约800 个果实，约10 分钟就能完成一棵果树的采摘任务。

这台“摘果神器”很快亮相央视频道。杨福增和团队师生都很自豪。梦想变现实的路上又前进了一大步。

杨福增回顾过往深有感触的说：“科学研究没有捷径，失败是常态。经历665次失败，才可能有第666次的成功。这台机器人的每一个技术参数，都是团队用一次次失败换来的。”

果园机器人不止会采摘

杨福增教授团队的苹果双臂采摘机器人引发了社会广泛关注。有科技公司表示，愿意出资千万元转让其成果。这一消息在农业工程界引发不小震动，同行专家直言“农机成果大额转让极为难得”“这是农业工程界的一件大事”。

杨福增团队也很高兴。他们认为，机器人研发是一件很烧钱的事。要让苹果采摘机器人真正走进寻常百姓家，离不开国家的支持，离不开企业的产业化推动，还有较长的路要走。

2024年9月，我国首个苹果全程机械化试验站——西北农林科技大学延安苹果全程机械化试验站在黄陵县揭牌成立，推动陕西苹果产业向全程机械化、智能化、信息化迈进的艰巨任务落在了杨福增教授团队肩上。

杨福增带领团队将此前研发的割草、打药、施肥、转运等机器人在试验站进一步优化升级，同时购置先进的实验设备，采集不同地域苹果采摘能手的动作信息建立泛化性更好的动力学模型，提高采摘机器人的地域适应性和泛化能力。为了让苹果采摘机器人“颜值更高”，他还率队赴宇树机器人公司交流学习谈合作。

如今，杨福增教授的丘陵山地果园机器人研究团队，已汇聚了计算机、物联网、农业机械、自动化控制、工业设计等多学科专业的一大批硕博士研究生，不少人赴哈工大国家机器人重点实验室等科研机构接受深造培养，青年骨干刘志杰、郭惠萍、陈桂斌等脱颖而出。

目前，团队在苹果采摘机器人技术上又有新突破：针对顺光、强光、逆光等不同光照变化，优化了果实识别模型，迭代算法提高了视觉鲁棒性；创新设计了“小娃—大娃”机器人组合，小娃采摘低处果实，大娃负责高处果实，可实现覆盖全果树的高效作业；机器人已突破夜间采摘难题，具备白天、黑夜均可作业的能力。

“从长远来看，苹果采摘机器人的应用不仅能解决‘用工荒’，更能推动产业向自动化、智能化转型。”杨福增表示，未来结合人工智能、大数据、物联网等技术，机器人还可对接果园管理系统，监控果实生长、病虫害防治、水肥管理等，让果园成为名副其实的“无人果园”。

“果农们喝着茶、聊着天，天上巡检无人机视察病虫草害，云端大脑决策判断，地上机器人负责打药、割草、施肥，收获机器人采收、分级装箱，形成覆盖全流程的‘智能生产线’。”杨福增描述着心目中的果园机器人新梦想。他预判，5年后果园机械化将成刚需，呈现“智能作业+立体协同+多种服务”的格局。

“让果农增收又省心，才是农业现代化的现实意义。我相信在政府的大力支持下，产学研紧密结合，梦想就一定能实现。”杨福增满怀信心地说。

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