Сельскохозяйственный робот - Agricultural robot

Автономный сельскохозяйственный робот

Сельскохозяйственный робот является роботом развернут для сельскохозяйственных целей. Основная область применения роботов в сельском хозяйстве сегодня - это уборка урожая . Новые применения роботов или дронов в сельском хозяйстве включают борьбу с сорняками , засев облаков , посев семян, сбор урожая, мониторинг окружающей среды и анализ почвы. Согласно данным Verified Market Research , ожидается, что к 2025 году рынок сельскохозяйственных роботов достигнет 11,58 млрд долларов.

Общий

Роботы для сбора фруктов , тракторы / опрыскиватели без водителя и роботы для стрижки овец призваны заменить человеческий труд . В большинстве случаев перед началом работы необходимо учитывать множество факторов (например, размер и цвет собираемых фруктов). Роботов можно использовать для других садоводческих задач, таких как обрезка , прополка , опрыскивание и мониторинг. Роботы также могут использоваться в животноводстве (робототехника в животноводстве), например, в автоматическом доении , мытье и кастрации. Такие роботы имеют много преимуществ для сельскохозяйственной отрасли, включая более высокое качество свежих продуктов, более низкие производственные затраты и меньшую потребность в ручном труде. Их также можно использовать для автоматизации ручных задач, таких как опрыскивание сорняков или папоротников, когда использование тракторов и других пилотируемых транспортных средств слишком опасно для операторов.

Дизайн

Полевой робот

Механическая конструкция состоит из концевого эффектора, манипулятора и захвата. При проектировании манипулятора необходимо учитывать несколько факторов , включая задачу, экономическую эффективность и требуемые движения. Концевой эффектор влияет на рыночную стоимость фрукта и захватный в дизайне основан на урожае , который в настоящее время собирает.

Концевые эффекторы

Концевой эффектор в сельскохозяйственном роботе является устройство , обнаруженное в конце рук робота , используется для выполнения различных сельскохозяйственных работ. Было разработано несколько различных типов конечных эффекторов. На сельскохозяйственных предприятиях, связанных с виноградом в Японии , концевые эффекторы используются для сбора урожая, прореживания ягод, опрыскивания и упаковки в мешки. Каждый был разработан в соответствии с характером задачи, а также формой и размером целевого фрукта. Например, концевые эффекторы, используемые для уборки урожая, были предназначены для захвата, разрезания и толкания гроздей винограда.

Прореживание ягод - это еще одна операция, выполняемая с виноградом, которая используется для повышения рыночной стоимости винограда, увеличения размера винограда и облегчения процесса сборки. Для прореживания ягод концевой эффектор состоит из верхней, средней и нижней части. Верхняя часть имеет две пластины и резину, которая может открываться и закрываться. Две пластины сжимают виноград, чтобы отрезать ветви рахиса и извлечь гроздь. Средняя часть содержит пластину с иглами, пружину сжатия и еще одну пластину, на поверхности которой расположены отверстия. Когда две тарелки сжимаются, иглы пробивают дырки в винограде. Далее, в нижней части есть режущее устройство, которое может разрезать пучок до стандартной длины.

Для распыления концевой эффектор состоит из распылительной насадки, прикрепленной к манипулятору. На практике производители хотят, чтобы химическая жидкость равномерно распределялась по всей связке. Таким образом, конструкция позволяет равномерно распределять химикат, заставляя сопло двигаться с постоянной скоростью, сохраняя расстояние от цели.

Заключительный этап производства винограда - это процесс упаковки. Концевой эффектор мешка оснащен устройством подачи мешков и двумя механическими пальцами. В процессе упаковки устройство подачи пакетов состоит из прорезей, которые непрерывно подают пакеты к пальцам, перемещаясь вверх и вниз. Во время подачи пакета к пальцам две листовые пружины, расположенные на верхнем конце пакета, удерживают его в открытом состоянии. Пакеты предназначены для хранения гроздей винограда. По завершении процесса упаковки пальцы открываются и освобождают мешок. Это закрывает листовые пружины, которые закрывают мешок и предотвращают его повторное открытие.

Захват

Захват является захватывая устройство , которое используется для сбора целевого урожая. В основе конструкции захвата лежит простота, низкая стоимость и эффективность. Таким образом, конструкция обычно состоит из двух механических пальцев, которые могут синхронно двигаться при выполнении своей задачи. Специфика дизайна зависит от решаемой задачи. Например, в процедуре, которая требовала обрезки растений для сбора урожая, захват был снабжен острым лезвием.

Манипулятор

Манипулятор позволяет рапиры и концевого эффектора для навигации по окружающей среде. Манипулятор состоит из четырех стержневых параллельных звеньев, которые поддерживают положение и высоту захвата. Манипулятор также может использовать один, два или три пневматических привода . Пневматические приводы - это двигатели, которые производят линейное и вращательное движение путем преобразования сжатого воздуха в энергию . Пневматический привод является наиболее эффективным приводом для сельскохозяйственных роботов из-за его высокой удельной мощности. Наиболее рентабельной конструкцией манипулятора является конфигурация с одним приводом, но это наименее гибкий вариант.

Разработка

Первые разработки робототехники в сельском хозяйстве можно датировать еще 1920-ми годами, когда начали формироваться исследования по внедрению автоматического управления транспортными средствами в сельское хозяйство. Это исследование привело к развитию автономных сельскохозяйственных транспортных средств между 1950-ми и 60-ми годами. Однако концепция не была идеальной, поскольку транспортным средствам по-прежнему требовалась тросовая система. Роботы в сельском хозяйстве продолжали развиваться, поскольку начали развиваться технологии и в других секторах. Только в 1980-х годах, после появления компьютеров, управление машинным зрением стало возможным.

Другие разработки на протяжении многих лет включали сбор апельсинов с помощью роботов как во Франции, так и в США.

В то время как роботы используются в промышленных помещениях на протяжении десятилетий, наружные роботы для использования в сельском хозяйстве считаются более сложными и трудными в разработке. Это связано с опасениями по поводу безопасности, но также и из-за сложности сбора урожая в зависимости от различных факторов окружающей среды и непредсказуемости.

Спрос на рынке

Есть опасения по поводу количества рабочей силы, необходимой сельскохозяйственному сектору. Со стареющим населением Япония не может удовлетворить потребности сельскохозяйственного рынка труда. Точно так же Соединенные Штаты в настоящее время зависят от большого числа рабочих-иммигрантов, но из-за сокращения сезонных сельскохозяйственных рабочих и усиления усилий правительства по прекращению иммиграции они тоже не могут удовлетворить спрос. Компании часто вынуждены оставлять посевы гниющими из-за невозможности собрать их все к концу сезона. Кроме того, есть опасения по поводу растущего населения, которое нужно будет прокормить в ближайшие годы. В связи с этим существует большое желание улучшить сельскохозяйственную технику, чтобы сделать ее более рентабельной и жизнеспособной для дальнейшего использования.

Текущие приложения и тенденции

Большая часть текущих исследований продолжается в направлении автономных сельскохозяйственных транспортных средств. Это исследование основано на достижениях в области систем помощи водителю и беспилотных автомобилей .

Хотя роботы уже используются во многих областях сельскохозяйственных работ, они по-прежнему практически отсутствуют при сборе урожая различных культур. Это начало меняться, поскольку компании начинают разрабатывать роботов, которые выполняют более конкретные задачи на ферме. Наибольшее беспокойство по поводу роботов, собирающих урожай, вызывает сбор мягких культур, таких как клубника, которые можно легко повредить или полностью пропустить. Несмотря на эти опасения, в этой области наблюдается прогресс. По словам Гэри Вишнацки, соучредителя Harvest Croo Robotics, один из их сборщиков клубники, которые в настоящее время проходят испытания во Флориде, может «собрать поле площадью 25 акров всего за три дня и заменить бригаду из примерно 30 сельскохозяйственных рабочих». Аналогичный прогресс наблюдается в сборе урожая яблок, винограда и других культур. Что касается роботов для уборки яблок, текущие разработки были слишком медленными, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Современные роботы могут собирать яблоки со скоростью одно яблоко каждые пять-десять секунд, в то время как средний человек собирает один яблоко в секунду.

Еще одна цель, которую ставят аграрные компании, - это сбор данных. Растут опасения по поводу роста населения и сокращения количества рабочих рук, которые могли бы его прокормить. Сбор данных развивается как способ повышения производительности на фермах. AgriData в настоящее время разрабатывает новую технологию, чтобы сделать это и помочь фермерам лучше определять лучшее время для сбора урожая путем сканирования фруктовых деревьев.

Приложения

У роботов есть много областей применения в сельском хозяйстве. Некоторые примеры и прототипы роботов включают роботов-доильщиков Merlin, Rosphere, Harvest Automation , Orange Harvester, салат-бот и культиватор. Одним из примеров широкомасштабного использования роботов в сельском хозяйстве является молочный бот. Он широко распространен среди британских молочных ферм из-за своей эффективности и отсутствия необходимости перемещаться. По словам Дэвида Гарднера (исполнительного директора Королевского сельскохозяйственного общества Англии), робот может выполнить сложную задачу, если она повторяется и робот может сидеть на одном месте. Кроме того, роботы, которые работают над повторяющимися задачами (например, доением), выполняют свою роль в соответствии с единым и конкретным стандартом.

Еще одна область применения - садоводство . Одним из приложений для садоводства является разработка RV100 компанией Harvest Automation Inc. RV 100 предназначен для транспортировки горшечных растений в теплице или на открытом воздухе. Функции RV100 по обработке и организации горшечных растений включают возможность размещения, сбора и консолидации. Преимущества использования RV100 для этой задачи включают в себя высокую точность размещения, автономную функцию вне и внутри помещений, а также снижение производственных затрат .

Примеры

Торвальд - автономный модульный многоцелевой сельскохозяйственный робот, разработанный Saga Robotics.
Винобот и Винокулер
AgBot LSU
Harvest Automation - компания, основанная бывшими сотрудниками iRobot для разработки роботов для теплиц.
Root AI создал робота-сборщика помидоров для теплиц
Робот-сборщик клубники от Robotic Harvesting и Agrobot
Компания Small Robot Company разработала ряд небольших сельскохозяйственных роботов, каждый из которых был ориентирован на выполнение определенной задачи (прополка, опрыскивание, сверление отверстий и т. Д.) И управлялся системой ИИ.
Зеленокультура
ecoRobotix создал робота для прополки и опрыскивания на солнечных батареях.
Blue River Technology разработала сельскохозяйственное орудие для трактора, которое опрыскивает только растения, требующие опрыскивания, что снижает использование гербицидов на 90%.
Косилка для откосов нового поколения Casmobot
Fieldrobot Event - соревнование по мобильной сельскохозяйственной робототехнике
HortiBot - робот для ухода за растениями,
Салат-латук - органическое удаление сорняков и прореживание салата
Робот для посадки риса, разработанный Японским национальным центром сельскохозяйственных исследований
ROS Agriculture - программное обеспечение с открытым исходным кодом для сельскохозяйственных роботов, использующих операционную систему роботов
Автономный робот для опрыскивания сорняков IBEX для труднопроходимой местности, в стадии разработки
FarmBot , Сельское хозяйство с ЧПУ с открытым исходным кодом
VAE, разрабатываемый аргентинским стартапом в области агротехники, стремится стать универсальной платформой для различных сельскохозяйственных приложений, от точного опрыскивания до обработки скота.
ACFR RIPPA: для точечного распыления
ACFR SwagBot; для мониторинга животноводства
ACFR Digital Farmhand : для опрыскивания, прополки и посева

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

СМИ, связанные с сельскохозяйственными роботами, на Викискладе?

Languages

In other projects