Сельскохозяйственный робот

Робот используется в сельскохозяйственных целях

Автономный сельскохозяйственный робот

Сельскохозяйственный робот — это робот , используемый в сельскохозяйственных целях. Основная область применения роботов в сельском хозяйстве сегодня – этап уборки урожая . Новые применения роботов и дронов в сельском хозяйстве включают борьбу с сорняками , ^{[1] [2] [3]} посев облаков , ^[4] посадку семян, сбор урожая, мониторинг окружающей среды и анализ почвы. ^{[5] [6]} Согласно данным Verified Market Research , ожидается, что к 2025 году рынок сельскохозяйственных роботов достигнет 11,58 миллиардов долларов. ^[7]

Общий

Роботы для сбора фруктов , беспилотные тракторы /опрыскиватели и роботы для стрижки овец предназначены для замены человеческого труда . В большинстве случаев перед началом выполнения задачи необходимо учитывать множество факторов (например, размер и цвет собираемых фруктов). Роботы могут использоваться для других садоводческих задач, таких как обрезка , прополка , опрыскивание и мониторинг. Роботы также могут использоваться в животноводстве (робототехника для домашнего скота), например, для автоматического доения , мытья и кастрации. Подобные роботы имеют множество преимуществ для сельскохозяйственной отрасли, включая более высокое качество свежих продуктов, снижение производственных затрат и снижение потребности в ручном труде. ^[8] Их также можно использовать для автоматизации ручных задач, таких как опрыскивание сорняков или папоротников-орляков, когда использование тракторов и других транспортных средств, управляемых человеком, слишком опасно для операторов. ^{[ нужна цитата ]}

Дизайны

Полевой робот

Механическая конструкция состоит из концевого эффектора, манипулятора и захвата. При проектировании манипулятора необходимо учитывать несколько факторов , включая задачу, экономическую эффективность и необходимые движения. Конечный эффектор влияет на рыночную стоимость фруктов, а конструкция захвата зависит от собираемого урожая . ^{[ нужна цитата ]}

Рабочий орган

Конечный эффектор сельскохозяйственного робота — это устройство, расположенное на конце роботизированной руки и используемое для различных сельскохозяйственных операций. Было разработано несколько различных типов концевых эффекторов. В сельскохозяйственных работах по выращиванию винограда в Японии концевые захваты используются для сбора урожая, прореживания ягод, опрыскивания и упаковки в мешки. Каждый из них был разработан в соответствии с характером задачи, а также формой и размером целевого фрукта. Например, концевые исполнительные органы, используемые при сборе урожая, были предназначены для захвата, разрезания и толкания гроздей винограда. ^{[ нужна цитата ]}

Прореживание ягод — это еще одна операция, выполняемая с виноградом, которая используется для повышения рыночной стоимости винограда, увеличения размера винограда и облегчения процесса формирования гроздей. Для прореживания ягод концевой эффектор состоит из верхней, средней и нижней частей. Верхняя часть имеет две пластины и резинку, которая может открываться и закрываться. Две пластины сжимают виноград, отсекая ветви ости и извлекая гроздь. Средняя часть содержит пластину с иглами, пружину сжатия и еще одну пластину с разбросанными по поверхности отверстиями. Когда две пластины сжимаются, иглы пробивают отверстия в винограде. Далее, в нижней части имеется режущее устройство, которое позволяет разрезать гроздь до стандартизированной длины.

Для распыления концевой эффектор состоит из распылительной насадки, прикрепленной к манипулятору. На практике производители хотят обеспечить равномерное распределение химической жидкости по всей партии. Таким образом, конструкция обеспечивает равномерное распределение химиката, заставляя сопло двигаться с постоянной скоростью, сохраняя при этом расстояние от цели.

Последним этапом производства винограда является упаковка в мешки. Концевой эффектор для упаковки в мешки оснащен устройством подачи мешков и двумя механическими пальцами. В процессе расфасовки устройство подачи мешков состоит из щелей, которые непрерывно подают мешки к пальцам вверх и вниз. Пока мешок подается к пальцам, две пластинчатые пружины, расположенные на верхнем конце мешка, удерживают его в открытом состоянии. Мешки производятся для хранения винограда в гроздьях. После завершения процесса упаковки пальцы разжимаются и освобождают пакет. При этом закрываются листовые пружины, которые запечатывают пакет и предотвращают его повторное открытие. ^[9]

захват

Захват – это захватывающее устройство, которое используется для уборки целевого урожая. Конструкция захвата основана на простоте, дешевизне и эффективности. Таким образом, конструкция обычно состоит из двух механических пальцев, способных синхронно двигаться при выполнении своей задачи. Особенности проектирования зависят от решаемой задачи. Например, в процедуре, требующей срезания растений для сбора урожая, захват был оснащен острым лезвием.

Манипулятор

Манипулятор позволяет захвату и конечному исполнительному устройству перемещаться по окружающей среде. Манипулятор состоит из четырех 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 высокого соотношения мощности и веса. Наиболее экономически эффективной конструкцией манипулятора является конфигурация с одним приводом, но это наименее гибкий вариант. ^[10]

Разработка

Первое развитие робототехники в сельском хозяйстве можно датировать еще 1920-ми годами, когда начали обретать форму исследования по внедрению автоматического управления транспортными средствами в сельское хозяйство. ^[11] Это исследование привело к развитию в период с 1950-х по 60-е годы беспилотных сельскохозяйственных машин. ^[11] Однако эта концепция не была идеальной: транспортным средствам все еще требовалась кабельная система, которая бы направляла их путь. ^[11] Роботы в сельском хозяйстве продолжали развиваться по мере того, как начали развиваться технологии в других секторах. Только в 1980-х годах, после разработки компьютера, управление с помощью машинного зрения стало возможным. ^[11]

Другие разработки за прошедшие годы включали сбор апельсинов с помощью робота как во Франции, так и в США. ^{[11] [12]}

В то время как роботы уже десятилетия используются в промышленных условиях внутри помещений, роботы для использования на открытом воздухе в сельском хозяйстве считаются более сложными и сложными в разработке. ^{[ нужна цитата ]} Это связано с опасениями по поводу безопасности, а также из-за сложности сбора урожая, подверженного различным факторам окружающей среды и непредсказуемости. ^[13]

Спрос на рынке

Существуют опасения по поводу количества рабочей силы, необходимой сельскохозяйственному сектору. Япония из-за старения населения не в состоянии удовлетворить потребности сельскохозяйственного рынка труда. ^[13] Точно так же Соединенные Штаты в настоящее время зависят от большого количества рабочих-иммигрантов, но из-за сокращения количества сезонных сельскохозяйственных рабочих и увеличения усилий правительства по прекращению иммиграции они тоже не в состоянии удовлетворить спрос. ^{[13] [14]} Предприятия часто вынуждены оставлять урожай гнить из-за невозможности собрать его все к концу сезона. ^[13] Кроме того, существуют опасения по поводу растущего населения, которое необходимо будет кормить в ближайшие годы. ^{[13] [15]} По этой причине существует большое желание усовершенствовать сельскохозяйственную технику, чтобы сделать ее более экономически эффективной и пригодной для дальнейшего использования. ^[13]

Текущие применения и тенденции

Беспилотный трактор «Уралец-224»

Большая часть текущих исследований продолжает работать над автономными сельскохозяйственными транспортными средствами. Это исследование основано на достижениях в области систем помощи водителю и беспилотных автомобилей . ^[14]

Хотя роботы уже используются во многих областях сельскохозяйственных работ, они по-прежнему практически не используются при сборе различных культур. Ситуация начала меняться, когда компании начали разрабатывать роботов, выполняющих 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. ^{[13] [14]} Несмотря на эти опасения, прогресс в этой области наблюдается. По словам Гэри Вишнацки, соучредителя Harvest Croo Robotics, один из их сборщиков клубники, который в настоящее время проходит испытания во Флориде, может «убрать поле площадью 25 акров всего за три дня и заменить бригаду из примерно 30 сельскохозяйственных рабочих». ^[14] Аналогичный прогресс наблюдается в сборе яблок, винограда и других культур. ^{[12] [14] [15]} В случае с роботами, собирающими яблоки, текущие разработки были слишком медленными, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Современные роботы способны собирать яблоки со скоростью одно яблоко каждые пять-десять секунд, в то время как средний человек собирает урожай со скоростью одно яблоко в секунду. ^[16]

Еще одна цель, которую ставят перед собой агрокомпании, — сбор данных . ^[15] Растет обеспокоенность по поводу растущего населения и сокращения рабочей силы, доступной для их прокорма. ^{[13] [15]} Сбор данных разрабатывается как способ повышения производительности на фермах. ^[15] AgriData в настоящее время разрабатывает новую технологию, которая поможет фермерам лучше определять лучшее время для сбора урожая путем сканирования фруктовых деревьев. ^[15]

Приложения

Роботы имеют множество областей применения в сельском хозяйстве. Некоторые примеры и прототипы роботов включают робота-дояра Merlin, RSphere, ^{[ необходимо разъяснение ]} Harvest Automation , ^{[ необходимо разъяснение ]} Orange Harvester, бота для салата, ^{[ необходимо разъяснение ] [17]} и прополку.

По словам Дэвида Гарднера, исполнительного директора Королевского сельскохозяйственного общества Англии, робот может выполнить сложную задачу, если она повторяется и роботу разрешено сидеть на одном месте. Более того, роботы, выполняющие повторяющиеся задачи (например, доение), выполняют свою роль в соответствии с едиными и конкретными стандартами. ^{[18] [ нужен лучший источник ]}

• Одним из случаев крупномасштабного использования роботов в сельском хозяйстве ^{[ необходимо дальнейшее объяснение ] является молочный бот.} Он широко распространен среди британских молочных ферм из-за его эффективности и отсутствия необходимости переезда. ^{[ нужна цитата ]}
• Другая область применения – садоводство . Одним из применений в садоводстве является разработка RV100 компанией Harvest Automation Inc. RV 100 предназначен для транспортировки горшечных растений в теплице или на открытом воздухе. Функции RV100 при обработке и организации горшечных растений включают в себя размещение, сбор и консолидацию. Преимущества использования RV100 для этой задачи включают высокую точность размещения, автономную работу на открытом воздухе и в помещении, а также снижение производственных затрат . ^[19]

Преимущества многих применений могут включать экосистемные/экологические преимущества и снижение затрат на рабочую силу ^[20] (что может привести к снижению затрат на продукты питания), ^[21] что может иметь особое значение для производства продуктов питания в регионах , где наблюдается нехватка рабочей силы ^{[21]. ]} (см. выше) или там, где рабочая сила относительно дорогая. Выгоды также включают общие преимущества автоматизации , например, с точки зрения производительности/доступности ^[21] и увеличения доступности человеческих ресурсов для других задач или, например, повышения интереса к работе.

Примеры и дальнейшие применения

• Борьба с сорняками с помощью лазеров (например, LaserWeeder от Carbon Robotics) ^{[20] [22]}
• Роботы для точного земледелия , вносящие небольшое количество гербицидов и удобрений с точностью при нанесении на карту расположения растений ^{[22] [23]}
• Роботы-сборщики находятся в стадии разработки ^[21]
• Винобот и Винокулер ^{[24] [25] [26]}
• AgBot LSU ^{[27] [28]}
• Burro, робот-переносчик и следящий за маршрутом с потенциалом расширения для сбора урожая и фитопатологии ^[29]
• Harvest Automation — компания, основанная бывшими сотрудниками iRobot для разработки роботов для теплиц ^[30]
• Компания Root AI создала робота для сбора томатов для использования в теплицах ^{[31] [32]}
• Робот для сбора клубники от Robotic Harvesting ^[33] и Agrobot ^[34]
• Компания Small Robot разработала ряд небольших сельскохозяйственных роботов, каждый из которых ориентирован на конкретную задачу (прополка, опрыскивание, сверление лунок и т. д.) и управляется системой искусственного интеллекта ^[35].
• Агрокультура ^[36]
• Компания ecoRobotix создала робота для прополки и опрыскивания, работающего на солнечной энергии ^[37]
• Компания Blue River Technology разработала сельскохозяйственное орудие для трактора, которое опрыскивает только те растения, которые требуют опрыскивания, что позволяет сократить использование гербицидов на 90 % ^{[38] [39]}
• Косилка для уклона Casmobot нового поколения ^[40]
• Fieldrobot Event — соревнование по мобильной сельскохозяйственной робототехнике ^[41]
• HortiBot — робот для ухода за растениями ^[42]
• Lettuce Bot — органическое уничтожение сорняков и прореживание салата ^[43]
• Робот для посадки риса, разработанный Японским национальным центром сельскохозяйственных исследований ^[44]
• ROS Agriculture — программное обеспечение с открытым исходным кодом для сельскохозяйственных роботов, использующее операционную систему робота ^[45]
• Автономный робот-опрыскиватель сорняков IBEX для экстремальных условий местности находится в стадии разработки ^[46]
• FarmBot , ^[47] Сельское хозяйство с ЧПУ с открытым исходным кодом ^[48]
• VAE, разрабатываемый аргентинским агротехническим стартапом, стремится стать универсальной платформой для различных сельскохозяйственных применений, от точного опрыскивания до обработки скота. ^[49]
• ACFR RIPPA: для точечного распыления ^[50]
• ACFR SwagBot; для мониторинга скота
• ACFR Digital Farmhand: для опрыскивания, прополки и посева ^[51]
• Торвальд — автономный модульный многоцелевой сельскохозяйственный робот, разработанный компанией Saga Robotics. ^[52]

Смотрите также

• Сельскохозяйственный портал

• Электронное сельское хозяйство
• Машинное зрение
• Сельскохозяйственные дроны

Рекомендации

1. Казинс, Дэвид (24 февраля 2016 г.). «Беспилотный робот-опрыскиватель Ibex помогает фермерам безопасно преодолевать холмы». Фермерский еженедельник . Проверено 22 марта 2016 г.
2. Акерман, Эван (12 ноября 2015 г.). «Гигантский робот Босха может забивать сорняки до смерти». ИИЭЭ .
3. «Сельскохозяйственные роботы в Сиднейском университете». 2016. Архивировано из оригинала 9 мая 2020 г. Проверено 9 августа 2016 г.
4. Крафт, Эндрю (1 марта 2017 г.). «Вызов дождя: дроны могут стать будущим засева облаков». Фокс Ньюс . Проверено 24 мая 2017 г.
5. Андерсон, Крис. «Как дроны пришли на вашу местную ферму». Обзор технологий MIT. Архивировано из оригинала 7 марта 2017 года . Проверено 24 мая 2017 г.
6. Мазур, Михал (20 июля 2016 г.). «Шесть способов, которыми дроны совершают революцию в сельском хозяйстве». Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 24 мая 2017 г.
7. Размер мирового рынка сельскохозяйственных роботов по типам (беспилотные тракторы, автоматизированные уборочные машины и другие), по приложениям (полевое земледелие, молочное хозяйство, домашнее хозяйство и другие) по географическому охвату и прогнозу (отчет). Проверенные исследования рынка. Сентябрь 2018. 3426.
8. Белтон, Падрейг (25 ноября 2016 г.). «Будет ли в будущем сельское хозяйство полностью автоматизировано?». Новости BBC . Проверено 28 ноября 2016 г.
9. Монта, М.; Кондо, Н.; Сибано, Ю. (21–27 мая 1995 г.). «Сельскохозяйственный робот в системе производства винограда». Материалы Международной конференции IEEE 1995 года по робототехнике и автоматизации . Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации. Том. 3. Нагоя: Институт инженеров по электротехнике и электронике. стр. 2504–2509. дои : 10.1109/РОБОТ.1995.525635. ISBN 0-7803-1965-6.
10. Фолья, ММ; Рейна, Г. (2006). «Сельскохозяйственный робот для сбора радиккио» (PDF) . Журнал полевой робототехники . 23 (6–7): 363–377. дои : 10.1002/роб.20131. S2CID  31369744.
11. Ягуби, С.; Акбарзаде, Н.А.; Базаргани, СС; Базаргани, СС; Бамизан, М.; Асл, Мичиган (2013). «Автономные роботы для сельскохозяйственных задач и хозяйственных нужд и будущие тенденции в области агророботов». Международный журнал машиностроения и мехатроники . 13 (3): 1–6. CiteSeerX 10.1.1.418.3615 . 
12. Харрелл, Рой (1987). «Экономический анализ роботизированного сбора цитрусовых во Флориде». Сделки ASAE . 30 (2): 298–304. дои : 10.13031/2013.31943.
13. Дорфман, Джейсон (12 декабря 2009 г.). «Области автоматизации». Экономист . Проверено 29 мая 2018 г.
14. Дэниелс, Джефф (08 марта 2018 г.). «От клубники до яблок — волна сельскохозяйственной робототехники может облегчить нехватку рабочей силы на фермах». CNBC . Проверено 29 мая 2018 г.
15. Саймон, Мэтт (31 мая 2017 г.). «Роботы, владеющие водяными ножами, — будущее сельского хозяйства». Проводной . Проверено 29 мая 2018 г.
16. Бог, Роберт (1 января 2016 г.). «Роботы готовы совершить революцию в сельском хозяйстве». Промышленный робот . 43 (5): 450–456. дои : 10.1108/IR-05-2016-0142. ISSN  0143-991X.
17. Харви, Фиона (9 января 2014 г.). «Роботы-фермеры — это будущее сельского хозяйства», — заявляет правительство. Хранитель . Проверено 30 октября 2014 г.
18. Дженкинс, Дэвид (23 сентября 2013 г.). «Сельскохозяйственный шок: как роботы-фермеры захватят наши поля». Метро . Проверено 30 октября 2014 г.
19. «Продукты». Автоматизация сбора урожая . 2016 . Проверено 10 ноября 2014 г.
20. Пападопулос, Лукия (21 октября 2022 г.). «Этот новый сельскохозяйственный робот использует лазеры, чтобы уничтожать 200 000 сорняков в час». Интересный инжиниринг.com . Проверено 17 ноября 2022 г.
21. Пакетт, Даниэль. «Сельскохозяйственные рабочие против роботов: будут ли завтра сборщики фруктов сделаны из стали и технологий?». Вашингтон Пост . Проверено 5 декабря 2022 г.
22. «Verdant Robotics запускает многоцелевой сельскохозяйственный робот для« сверхчеловеческого сельского хозяйства »» . Новости робототехники и автоматизации . 23 февраля 2022 г. Проверено 17 ноября 2022 г.
23. «Сельскохозяйственные роботы Тома, Дика и Гарри компании Small Robot Company: 200 лучших изобретений 2022 года» . Время . Проверено 17 ноября 2022 г.
24. Шафихани, Али; Кадам, Сухас; Фричи, Феликс Б.; ДеСуза, Гильерме Н. (23 января 2017 г.). «Винобот и Винокулер: две роботизированные платформы для высокопроизводительного полевого фенотипирования». Датчики . 17 (1): 214. Бибкод : 2017Senso..17..214S. дои : 10.3390/s17010214 . ПМК 5298785 . ПМИД  28124976. 
25. Ледфорд, Хайди (26 января 2017 г.). «Биологи растений приветствуют своих повелителей роботов». Природа . 541 (7638): 445–446. Бибкод :2017Natur.541..445L. дои : 10.1038/541445а . ПМИД  28128274.
26. Университет Миссури-Колумбия (28 марта 2017 г.). «Борьба с голодом в мире: робототехника помогает в изучении кукурузы и устойчивости к засухе». Физика.орг . Проверено 26 ноября 2017 г.
27. «Многофункциональный робот AgBot питается от Солнца» . pcmag.com . Архивировано из оригинала 31 марта 2012 года . Проверено 2 апреля 2018 г.
28. Пикпай, Роланд (25 ноября 2008 г.). «Полностью настраиваемый домашний робот». ЗДНет . Проверено 2 апреля 2018 г.
29. • Карт, Джефф (9 ноября 2018 г.). «Робот-помощник Burro повышает производительность сотрудников на 20-30%» . Форбс . Проверено 1 июня 2022 г.
    • Джонсон, Хари (16 февраля 2022 г.). «Неуловимая охота на робота, который может собирать спелую клубнику». Проводной . Проверено 1 июня 2022 г.
    • Джонсон, Хари (5 ноября 2021 г.). «Эти роботы следуют за вами, чтобы узнать, куда идти». Проводной . Проверено 1 июня 2022 г.
    • «Автономный настольный робот для винограда среди новинок World Ag Expo». FreshFruitPortal.com . 07.02.2022 . Проверено 1 июня 2022 г.
30. "Harvest Automation Inc". www.harvestautomation.com . Проверено 2 апреля 2018 г.
31. Шибер, Джонатан (8 августа 2018 г.). «Ваши овощи будут собирать роботы раньше, чем вы думаете». ТехКранч .
32. «Представляем Root AI». 8 августа 2018 г.
33. «Роботизированный сбор урожая».
34. «Роботизированные комбайны | Агробот | Испания» .
35. «Как маленькие роботы могут убить трактор и сделать сельское хозяйство эффективным». Проводной .
36. «Проекты автономных сеялок и сеялок» .
37. «ecoRobotix планирует использовать робота для точечного опрыскивания для борьбы с сорняками» .
38. «Технология Blue River See & Spray сокращает использование гербицидов на 90%» . Архивировано из оригинала 22 марта 2019 г. Проверено 22 марта 2019 г.
39. «Как технологии Blue River могут навсегда изменить сельское хозяйство» . 5 августа 2017 г.
40. "Касмобот".
41. "Событие полевых роботов" .
42. "HortiBot - робот для ухода за растениями" .
43. «Посмотрите и опрыскайте сельскохозяйственные машины - технология Blue River» . Сельскохозяйственные машины See & Spray — Blue River Technology . Проверено 2 апреля 2018 г.
44. «Области автоматизации». Экономист .
45. "РОС Сельское хозяйство". Экосистема, расширяющая возможности фермеров с помощью роботизированных инструментов .
46. «Сельскохозяйственный робот начинает испытания в Великобритании» . Инженер . 22 февраля 2016 года . Проверено 22 марта 2016 г.
47. «FarmBot - Сельское хозяйство с ЧПУ с открытым исходным кодом» . Farmbot.io . Проверено 2 апреля 2018 г.
48. «Сельскохозяйственный робот FarmBot DIY обещает открыть будущее сельского хозяйства» . digitaltrends.com . 28 июля 2016 года . Проверено 2 апреля 2018 г.
49. «Presentaron un vehículo agrícola que robotiza la aplicación de agroquímicos» (на испанском языке) . Проверено 7 июня 2018 г.
50. «Роботы ACFR». Архивировано из оригинала 9 мая 2020 г. Проверено 9 августа 2016 г.
51. «Сельскохозяйственные роботы в Сиднейском университете». Сидней.edu.au . 2016.
52. «ТОРВАЛЬД — АВТОНОМНЫЙ МОДУЛЬНЫЙ РОБОТ, ОКАЗЫВАЮЩИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ УСЛУГИ» . Проверено 6 сентября 2019 г.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с сельскохозяйственными роботами, на Викискладе?