政大大學報

機器人成採茶幫手 自主轉彎省勞力

2020/10/28 22:37:30

【記者詹和臻綜合報導】現有茶葉採收方式為手工採摘以及機械採摘,皆需人力資源。國立臺灣大學機器人與醫療機電實驗室耗時一年,研發「協作式智慧載具應用於茶葉採收」,為一種茶葉採收機器人,能夠在茶道末端自主轉彎,並且節省勞動力,希望解決茶產業勞力短缺的窘境。而此作品於17日在「台灣國際農業機械暨資材展」展出。

「協作式智慧載具應用於茶葉採收」可由單人操作,減少一半的勞力,解決茶產業勞力短缺的問題。 圖/臺大機器人與醫療機電實驗室提供

傳統機械採收方式為兩名茶農共同將一機械刀具扛起至茶樹上方,面對面同步橫向移動,以進行採收。而採茶機器人裝設深度相機,能夠偵測茶道對面農民的姿態與距離,使機器保持與人等速,並且適時等待茶農,「簡單來說是取代一個人,來模擬另外一個茶農。」臺大生物機電工程學系畢業生賴暘倫解釋,採茶機器人還能使用光學雷達掃描道路周圍環境,以避開障礙物,讓茶農不必費神留意機器狀況。

採茶機器人操作方式為一個人面對機器站在對向茶道,另一個人站在後面拉著袋子,讓茶葉順利吹進袋子裡。 圖/臺大機器人與醫療機電實驗室提供

上述傳統雙人採茶機,通常是由師傅與學徒搭配,面對面手持機械刀具採收茶葉,師傅施力約需6公斤重,並由此端負責調整機器功能,學徒施力則約需9公斤重。而團隊研發的採茶機器人能取代學徒人力,同時讓師傅端的施力減輕至不到1公斤重。賴暘倫表示,曾有茶農回饋,學徒端只是承受刀具大部分重量的位置,「因此是人類或是機器人根本不重要。」

團隊研發的「協作式智慧載具」在茶道之間行走,搭配不同的刀具,可以採收不同農作物,目前可應用於茶葉以及仙草。 圖/臺大機器人與醫療機電實驗室提供

此外,臺大生物機電工程學系畢業生陳柏綸說明,由於在採茶途中需轉彎變換茶道,過去的農業機器人都使用引擎動力轉彎,而團隊改為使用電動馬達,可減少排放廢氣,未來更可望用在採收溫室作物,並且能套用許多機器人演算法,以利應用於其他農作物。不過,因馬達的扭力遠低於引擎,機器人轉彎時若迴轉半徑太小,可能因阻力太大而停在原地不動,團隊特別套用自駕車的路徑規劃演算法,以解決迴轉半徑的問題。該演算法可計算出轉彎半徑及合適軌跡,並不斷修正行走的角度,直到順利轉彎,成功克服馬達扭力小的困境。

國立臺灣大學機器人與醫療機電實驗室的組成成員,是臺大生物機電工程學系師生團隊,目前核心負責人已經畢業。 圖/臺大機器人與醫療機電實驗室提供

賴暘倫說,團隊作品也附有人機介面,載具上的螢幕會顯示機器人現在運作的狀況,讓茶農掌控資訊。同時,裝置也連結智慧型手機,茶農可以隨時透過手機對機器人下達轉彎與關機等指令。茶農林炳輝則指出,此採茶機器人是固定高度採收,使用前,須修剪茶樹至同一水平才能順利採收。而團隊回應,此機器人亦可以當作修剪機器,茶農在採收前三週先修整茶樹,之後收割水平上新長的枝枒,就會是茶農要採收的茶葉。