Сельскохозяйственный робот - Agricultural robot

сельское хозяйство
Maler der Grabkammer des Sennudem 001.jpg
Veranotrigo.jpg Портал сельского хозяйства
Автономный сельскохозяйственный робот

An сельскохозяйственный робот это робот развернут для сельскохозяйственный целей. Основная область применения роботов в сельском хозяйстве сегодня - это сбор урожая сцена. Новые приложения роботов или дроны в сельском хозяйстве включают борьба с сорняками,[1][2][3] засев облаков,[4] посадка семян, сбор урожая, мониторинг окружающей среды и анализ почвы.[5][6] Согласно с Проверенные маркетинговые исследования ожидается, что к 2025 году рынок сельскохозяйственных роботов достигнет 11,58 млрд долларов.[7]

Общее

Сбор фруктов роботы трактор без водителя / опрыскиватели и стрижка овец роботы призваны заменить человеческий труд. В большинстве случаев перед выполнением задания необходимо учитывать множество факторов (например, размер и цвет собираемых фруктов). Роботов можно использовать для других садоводство такие задачи как обрезка, прополка, распыление и мониторинг. Роботов также можно использовать в домашний скот приложения (животноводческая робототехника), такие как автоматическое доение, стирка и кастрация. Подобные роботы имеют много преимуществ для сельскохозяйственной отрасли, включая более высокое качество свежих продуктов, более низкие производственные затраты и меньшую потребность в ручном труде.[8] Их также можно использовать для автоматизации ручных задач, таких как опрыскивание сорняков или папоротников, когда использование тракторы и другие пилотируемые автомобили слишком опасны для операторов.

Дизайн

Полевой робот

В механический дизайн состоит из концевого эффектора, манипулятора и захвата. При проектировании устройства необходимо учитывать несколько факторов. манипулятор, включая задачу, экономическая эффективность, и требуемые движения. В рабочий орган влияет на рыночную стоимость фруктов и захвата дизайн основан на урожай что собирают.

Концевые эффекторы

An рабочий орган в сельскохозяйственном роботе находится устройство в конце роботизированная рука, используется для различных сельскохозяйственных работ. Было разработано несколько различных видов конечных эффекторов. В сельскохозяйственной операции с участием виноград в Япония, рабочие органы 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 - еще одна операция на винограде, которая используется для улучшения рыночная стоимость винограда, увеличивают размер винограда и облегчают процесс 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 рахис веток и извлеките гроздь винограда. Средняя часть содержит пластину с иглами, пружину сжатия и еще одну пластину, на поверхности которой расположены отверстия. Когда две пластины сжимаются, иглы пробивают дырки в винограде. Затем в нижней части есть режущее устройство, которое может разрезать пучок до стандартизации по длине.

Для распыления концевой эффектор состоит из распылительной насадки, прикрепленной к манипулятору. На практике производители хотят, чтобы химическая жидкость равномерно распределялась по пучку. Таким образом, конструкция позволяет равномерно распределять химикат, заставляя сопло двигаться с постоянной скоростью, сохраняя расстояние до 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. Пока пакет подается 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.[9]

Захват

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

Манипулятор

В манипулятор позволяет захват и конечный эффектор для навигации по окружающей среде. Манипулятор состоит из четырехстержневых параллельных звеньев, которые поддерживают положение и высоту захвата. В манипуляторе также можно использовать один, два или три пневматические приводы. Пневматический приводы находятся моторы которые производят линейный и вращающийся движение путем преобразования сжатый воздух в энергия. 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.[10]

Развитие

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.[11] Это исследование привело к развитию автономных сельскохозяйственных транспортных средств между 1950-ми и 60-ми годами.[11] Однако концепция не была идеальной, поскольку транспортным средствам по-прежнему требовалась тросовая система.[11] Роботы в сельском хозяйстве продолжали развиваться, так как начали развиваться технологии и в других секторах. Лишь в 1980-х годах, после появления компьютеров, машинное зрение руководство стало возможным.[11]

Другие разработки на протяжении многих лет включали сбор апельсинов с помощью роботов как во Франции, так и в США.[11][12]

В то время как роботы использовались в промышленных помещениях на протяжении десятилетий, роботы на открытом воздухе для использования в сельском хозяйстве считаются более сложными и трудными для разработки.[нужна цитата ] Это связано с опасениями по поводу безопасности, но также и из-за сложности сбора урожая в зависимости от различных факторов окружающей среды и непредсказуемости.[13]

Спрос на рынке

Есть опасения по поводу количества рабочей силы, необходимой сельскохозяйственному сектору. Со стареющим населением Япония не может удовлетворить потребности сельскохозяйственного рынка труда.[13] 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.[13][14] Компании часто вынуждены оставлять посевы гниющими из-за невозможности собрать их все к концу сезона.[13] Кроме того, есть опасения по поводу растущего населения, которое необходимо будет прокормить в ближайшие годы.[13][15] В связи с этим существует большое желание улучшить сельскохозяйственную технику, чтобы сделать ее более рентабельной и жизнеспособной для дальнейшего использования.[13]

Текущие приложения и тенденции

Большая часть текущих исследований продолжается в направлении автономных сельскохозяйственных транспортных средств. Это исследование основано на достижениях в системах помощи водителю и беспилотные автомобили.[14]

Хотя роботы уже используются во многих областях сельскохозяйственных работ, они по-прежнему практически отсутствуют при сборе урожая различных культур. Ситуация начала меняться, поскольку компании начали разрабатывать роботов, которые выполняют более конкретные задачи на ферме. Наибольшее беспокойство по поводу уборки урожая роботов вызывает сбор мягких культур, таких как клубника, которые можно легко повредить или полностью пропустить.[13][14] 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».[14] Аналогичный прогресс наблюдается в сборе урожая яблок, винограда и других культур.[12][14][15] В случае роботов для уборки яблок текущие разработки были слишком медленными, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Современные роботы могут собирать яблоко со скоростью одно яблоко каждые пять-десять секунд, в то время как средний человек собирает один яблоко в секунду.[16]

Другая цель, которую ставят аграрные компании, - это сбор данных.[15] Растут опасения по поводу роста населения и сокращения количества рабочей силы, способной прокормить его.[13][15] Сбор данных развивается как способ повышения производительности на фермах.[15] AgriData в настоящее время разрабатывает новую технологию, чтобы сделать это и помочь фермерам лучше определять лучшее время для сбора урожая путем сканирования фруктовых деревьев.[15]

Приложения

У роботов есть много областей применения в сельском хозяйстве. Некоторые примеры и прототипы роботов включают робота Merlin Milker, Rosphere, Автоматизация сбора урожая, Апельсиновый комбайн, салат-латук,[17] 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.[18]

Еще одна область применения: садоводство. Одним из приложений садоводства является разработка RV100 Harvest Automation Inc. RV 100 предназначен для перевозки горшечных растений в теплица или на открытом воздухе. Функции RV100 по перемещению и организации горшечных растений включают возможность размещения, сбора и консолидации. Преимущества использования RV100 для этой задачи включают высокую точность размещения, автономный функция на открытом воздухе и в помещении, а также уменьшенная производственные затраты.[19]

Примеры

Fendt Ксавер
  • Торвальд - автономный модульный многоцелевой сельскохозяйственный робот, разработанный Saga Robotics.[20]
  • Винобот и Винокулер[21][22][23]
  • AgBot LSU[24][25]
  • Автоматизация сбора урожая компания, основанная бывшими я робот сотрудников разрабатывать роботов для теплиц[26]
  • Root AI создал робота-сборщика помидоров для теплиц[27][28]
  • Робот-сборщик клубники от Robotic Harvesting[29] и Агробот[30]
  • 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.[31]
  • ecoRobotix создал робота для прополки и опрыскивания на солнечной энергии[32]
  • Компания Blue River Technology разработала сельскохозяйственное орудие для трактора, которое опрыскивает только растения, требующие опрыскивания, что сокращает использование гербицидов на 90%.[33][34]
  • Косилка для откосов нового поколения Casmobot[35]
  • Fieldrobot Event - соревнование по мобильной сельскохозяйственной робототехнике[36]
  • HortiBot - робот для ухода за растениями,[37]
  • Салат-латук - органическое удаление сорняков и прореживание салата[38]
  • Робот для посадки риса, разработанный Японским национальным центром сельскохозяйственных исследований[39]
  • ROS Agriculture - программное обеспечение с открытым исходным кодом для сельскохозяйственных роботов, использующих операционную систему роботов[40]
  • Автономный робот для опрыскивания сорняков IBEX для труднопроходимой местности, в стадии разработки[41]
  • FarmBot,[42] Открытый исходный код ЧПУ Сельское хозяйство[43]
  • VAE, разрабатываемый аргентинским стартапом в сфере агротехники, стремится стать универсальной платформой для различных сельскохозяйственных приложений, от точного опрыскивания до обработки скота.[44]
  • ACFR RIPPA: для точечного распыления [45]
  • ACFR SwagBot; для мониторинга животноводства
  • ACFR Digital Farmhand: для опрыскивания, прополки и посева[46]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Казинс, Дэвид (24 февраля 2016 г.). «Беспилотный робот-опрыскиватель Ibex помогает фермерам безопасно преодолевать холмы». Еженедельник фермеров. Получено 2016-03-22.
  2. ^ Акерман, Эван (12 ноября 2015 г.). «Гигантский робот Босха может забивать сорняки до смерти». IEEE.
  3. ^ «Сельскохозяйственные роботы в Сиднейском университете». 2016.
  4. ^ Ремесло, Эндрю (1 марта 2017 г.). «Делает дождь: дроны могут стать будущим для засева облаков». Fox News. Получено 24 мая 2017.
  5. ^ Андерсон, Крис. «Как дроны попали на вашу ферму». Обзор технологий MIT. Получено 24 мая 2017.[мертвая ссылка ]
  6. ^ Мазур, Михал (20 июля 2016 г.). «Шесть способов, которыми дроны революционизируют сельское хозяйство». Обзор технологий MIT. Получено 24 мая 2017.
  7. ^ Размер мирового рынка сельскохозяйственных роботов по типу (тракторы без водителя, автоматизированные уборочные машины и др.), По применению (полевое земледелие, управление молочным животноводством, домашнее хозяйство и др.) По географическому охвату и прогнозу (Отчет). Проверенные маркетинговые исследования. Сентябрь 2018. 3426.
  8. ^ Белтон, Падрейг (25 ноября 2016 г.). "В будущем будет ли сельское хозяйство полностью автоматизировано?". Новости BBC. Получено 2016-11-28.
  9. ^ Monta, M .; Кондо, Н .; Шибано, Ю. (21–27 мая 1995 г.). Сельскохозяйственный робот в системе производства винограда. Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации. Нагоя: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. С. 2504–2509. Дои:10.1109 / ROBOT.1995.525635. ISBN  0-7803-1965-6.
  10. ^ Foglia, M. M .; Рейна, Г. (2006). «Сельскохозяйственный робот для уборки радиккио» (PDF). Журнал полевой робототехники. 23 (6–7): 363–377. Дои:10.1002 / rob.20131.
  11. ^ а б c d е Yaghoubi, S .; Акбарзаде, Н. А .; Bazargani, S. S .; Bazargani, S. S .; Бамизан, М .; Асл, М. И. (2013). "Автономные роботы для сельскохозяйственных задач и назначения на фермы и будущие тенденции в сельскохозяйственных роботах". Международный журнал машиностроения и мехатроники. 13 (3): 1–6. CiteSeerX  10.1.1.418.3615.
  12. ^ а б Харрелл, Рой (1987). «Экономический анализ роботизированного сбора цитрусовых во Флориде». Транзакции ASAE. 30 (2): 298–304. Дои:10.13031/2013.31943.
  13. ^ а б c d е ж г час Дорфман, Джейсон (12 декабря 2009 г.). «Сферы автоматизации». Экономист. Получено 2018-05-29.
  14. ^ а б c d е Дэниелс, Джефф (2018-03-08). «От клубники до яблок - волна сельскохозяйственных роботов может облегчить нехватку сельскохозяйственных рабочих мест». CNBC. Получено 2018-05-29.
  15. ^ а б c d е ж Саймон, Мэтт (31 мая 2017 г.). «Роботы с водяными ножами - будущее сельского хозяйства». Проводной. Получено 2018-05-29.
  16. ^ Бог, Роберт (2016-01-01). «Роботы готовы произвести революцию в сельском хозяйстве». Промышленный робот: международный журнал. 43 (5): 450–456. Дои:10.1108 / IR-05-2016-0142. ISSN  0143-991X.
  17. ^ Харви, Фиона (9 января 2014 г.). «Роботы-фермеры - будущее сельского хозяйства, - заявляет правительство». Хранитель. Получено 30 октября 2014.
  18. ^ Дженкинс, Дэвид (23 сентября 2013 г.). «Сельскохозяйственный шок: как роботы-фермеры захватят наши поля». метро. Получено 30 октября 2014.
  19. ^ "Продукты". Автоматизация сбора урожая. 2016. Получено 10 ноября 2014.
  20. ^ «ТОРВАЛЬД - АВТОНОМНЫЙ МОДУЛЬНЫЙ РОБОТ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УСЛУГ». Получено 6 сентября 2019.
  21. ^ Шафиехани Али; Кадам, Сухас; Fritschi, Felix B .; ДеСуза, Гильерме Н. (23 января 2017 г.). «Винобот и Винокулер: две роботизированные платформы для высокопроизводительного полевого фенотипирования». Датчики. 17 (1): 214. Дои:10,3390 / с17010214. ЧВК  5298785. PMID  28124976.
  22. ^ Ледфорд, Хайди (26 января 2017 г.). «Биологи растений приветствуют своих повелителей-роботов». Природа. 541 (7638): 445–446. Bibcode:2017Натура.541..445L. Дои:10.1038 / 541445a. PMID  28128274.
  23. ^ Университет Миссури-Колумбия (28 марта 2017 г.). «Борьба с голодом в мире: помощь робототехники в изучении кукурузы и устойчивости к засухе». Phys.org. Получено 2017-11-26.
  24. ^ «Многофункциональный робот AgBot работает от солнца». pcmag.com. Архивировано из оригинал 31 марта 2012 г.. Получено 2 апреля 2018.
  25. ^ Пикепай, Роланд (25 ноября 2008 г.). «Полностью настраиваемый домашний робот». ZDNet. Получено 2 апреля 2018.
  26. ^ "Harvest Automation Inc". www.harvestautomation.com. Получено 2 апреля 2018.
  27. ^ Шибер, Джонатан (8 августа 2018 г.). "Ваши овощи собираются роботами раньше, чем вы думаете". TechCrunch.
  28. ^ «Представляем Root AI».
  29. ^ «Роботизированная уборка».
  30. ^ "Роботы-комбайны | Агробот | Испания".
  31. ^ «Как маленькие роботы могут убить трактор и сделать сельское хозяйство эффективным». Проводной.
  32. ^ «ecoRobotix создает робота для точечного опрыскивания для борьбы с сорняками».
  33. ^ «Blue River See & Spray Tech снижает использование гербицидов на 90%».[мертвая ссылка ]
  34. ^ «Как технологии Blue River могут навсегда изменить сельское хозяйство».
  35. ^ «Касмобот».
  36. ^ «Событие с полевым роботом».
  37. ^ «HortiBot - робот для ухода за растениями».
  38. ^ "Сельскохозяйственные машины See & Spray - Blue River Technology". Сельскохозяйственные машины See & Spray - Blue River Technology. Получено 2 апреля 2018.
  39. ^ «Сферы автоматизации».
  40. ^ "РОС Агрикультура". Экосистема, позволяющая фермерам использовать роботизированные инструменты.
  41. ^ «Сельскохозяйственный робот начинает испытания в Великобритании». Инженер. 22 февраля 2016 г.. Получено 2016-03-22.
  42. ^ «FarmBot - сельское хозяйство с ЧПУ с открытым исходным кодом». farmbot.io. Получено 2 апреля 2018.
  43. ^ «Сельскохозяйственный робот FarmBot DIY обещает открыть будущее сельского хозяйства». digitaltrends.com. 28 июля 2016 г.. Получено 2 апреля 2018.
  44. ^ "Presentaron un vehículo agrícola que robotiza la aplicación de agroquímicos" (на испанском). Получено 2018-06-07.
  45. ^ Роботы ACFR
  46. ^ «Сельскохозяйственные роботы в Сиднейском университете». Sydney.edu.au. 2016.

внешние ссылки

СМИ, связанные с Сельскохозяйственные роботы в Wikimedia Commons