Как се придвижват агророботите?
За да процъфтява всеки сектор, революционните технологии и иновациите трябва да се наложат. В селското стопанство фермерите непрекъснато търсят нови начини за максимизиране на добивите и в същото време за справяне с нарастващите разходи за производствени ресурси. Инвестициите и иновациите в роботиката са голям фокус в селското стопанство напоследък. През последните години е направен съществен пробив в технологии, движещи автоматизацията на селското стопанство напред.
В тази статия ще разгледаме най-иновативните постижения в интегрирането на механични и електронни компоненти, придвижването и локализацията при роботите.
Текст: списание АгроБио Техника
Иновациите са от съществено значение във всеки сектор и в момента са по-актуални в селското стопанство от всякога. Интеграцията на нови технологии като роботика, машинно обучение и компютърно зрение ще бъде ключов фактор в променящото се лице на селското стопанство в световен мащаб. Те също така ще променят задачите на земеделските работници, облекчавайки работното натоварване и в същото време показвайки обещаващи резултати в качеството на реколтата, увеличени добиви и контрол върху вложените разходи.
Мехатроника и електроника
Мехатрониката и електрониката играят основна роля в дизайна, функционалността и работата на селскостопанските роботи. Тези технологии комбинират машинно инженерство, електроника, компютърни науки и системи за управление, за да създадат изключително сложни и ефективни роботи, пригодени за селскостопански задачи. По-специално мехатрониката се отнася до интегрирането на механични компоненти с електроника и вградени системи за постигане на прецизна и интелигентна автоматизация.
Случаи, в които мехатрониката и електрониката влизат в употреба при агрокултурните роботи са при усещането и възприятието, задействането и управлението на движението, роботизираните ръце, автономността и навигацията, обработката и анализа на данни, както и други, разгледани по-долу. Селскостопанските роботи разчитат на различни сензори, като камери, LiDAR, ултразвукови детектори и GPS, за да възприемат околната среда. Тези сензори предоставят данни в реално време за здравето на културите, почвените условия, терена и препятствията.
Мехатрониката играе решаваща роля в интегрирането на тези сензори в структурата на робота и гарантирането, че те работят безпроблемно заедно, за да предоставят точна информация за вземане на решения. Мехатрониката позволява прецизен контрол на движението и задействането на роботизирани компоненти. Двигателите и задвижващите механизми са отговорни за движението на роботизираните ръце, колела или крака в отговор на данни, събрани от сензорите.
Усъвършенстваните алгоритми за управление, често базирани на системи за обратна връзка, помагат на селскостопанските роботи да се движат ефективно и да изпълняват задачи с точност. Роботизираните ръце, оборудвани със специализирани захващащи устройства, са основни компоненти на селскостопански роботи, основно използвани за прибиране на реколтата. Мехатрониката улеснява проектирането и интегрирането на тези части, като гарантира, че те могат да извършват деликатни движения при бране и да се справят ефективно с различни сортове култури.
Електрониката и мехатрониката играят важна роля за осигуряването на автономна навигация в селскостопанските роботи. Чрез компютърно зрение и усъвършенствани алгоритми, роботите могат да интерпретират данни от сензори, да откриват препятствия и да планират най-добрите пътища за ефективно прибиране на реколтата или други задачи. Селскостопанските роботи генерират огромно количество данни по време на своята работа.
Мехатрониката позволява разработването на вградени системи и бордови процесори, които могат да обработват и анализират тези данни в реално време. Този анализ помага на роботите да вземат информирани решения, като например идентифициране на узрели култури за прибиране на реколтата или определяне на площи, които изискват специфично третиране.
Мехатрониката и електрониката позволяват комуникация между селскостопански роботи и централни системи за управление или облачни платформи. Тази свързаност улеснява дистанционното наблюдение, споделянето на данни и дори координацията на флота, когато множество роботи работят заедно във ферма. Ефективното управление на захранването е от съществено значение за селскостопанските роботи, тъй като те често трябва да работят на полето за продължителни периоди от време.
Мехатрониката помага за оптимизиране на потреблението на енергия, чрез проектиране на енергийно ефективни компоненти и позволява продължителна работа, интегрирайки батерийни системи. Мехатрониката и електрониката също играят роля в потребителския интерфейс на селскостопанските роботи. Това включва проектиране на интуитивни контролни панели или интерфейси, които фермерите могат да използват за програмиране, наблюдение и контрол над действията на роботите.
Как се придвижват агророботите?
Придвижването в селскостопанската роботика се отнася до начина, по който тези роботи се движат в селскостопанската среда, за да изпълняват различни задачи. Изборът на метод за придвижване е от решаващо значение, за да се гарантира, че роботът може да се движи безопасно и ефективно през различни терени и полета с култури. Селскостопанските роботи са проектирани да се движат автономно или полуавтономно, като използват различни механизми за придвижване, за да се адаптират към разнообразните и често предизвикателни условия, присъстващи в земеделската среда.
Селскостопанските роботи трябва да се движат в предизвикателна среда. Наземните роботи трябва да преминават през неравна, нехомогенна, кална почва, докато летателните апарати трябва да работят за дълги периоди от време, при различни климатични условия. Сегашните агророботи са проектирани главно чрез взаимстване на технологии от други сектори (напр. дронове) или като добавка към съществуващи платформи (напр. автономни трактори). Като такива, те може да не са напълно оптимизирани за своите задачи или може да имат някои от ограниченията на съществуващите платформи.
Безпилотните летателни апарати могат да летят с помощта на множество ротори или с платформа с фиксирано крило, докато наземните платформи трябва да могат да се движат по релси и бетонен под в оранжерии, на чакъл или трева в политунели и в изключително кални и трудни терени в открити полета. Следователно има широко разнообразие от роботи, които се разработват с различни средства за придвижване. В сравнение с тракторите, тези роботи са изключително леки, но изпълняват задачи, които изискват повече енергия.
Повечето селскостопански роботи днес работят с батерии и електрически двигатели. Бъдещите развития ще зависят от това как се развива технологията на батериите, но вероятно ще видим както електрически, така и двигатели с вътрешно горене в близкото бъдеще. Ключов аспект на всяка роботизирана платформа е въздействието на теглото и начина на придвижване върху земята и културите, и затова са използвани различни платформи, вкл. верижни и многоколесни роботи.
Платформите също зависят от задачата, например за прибиране на реколтата при кореноплодни зеленчуци роботът ще се нуждае от по-тежка платформа, отколкото за бране на меки плодове. Роботите с крака имат потенциала да минимизират своя отпечатък, докато максимизират гъвкавостта на движението (напр. движение настрани или в тесни пространства между култури). Тяхната ловкост, съчетана с възможността за носене на специализирани сензори, може да помогне за отключване на пълния потенциал на прецизното земеделие.
Как може да се осъществява придвижването?
Много селскостопански роботи използват колела или релси като основно средство за придвижване. Колесните роботи са много подходящи за сравнително равни терени, като овощни градини или лозя. Те могат да се движат с високи скорости, което ги прави ефективни за големи ферми. От друга страна, верижните роботи предлагат по-добро сцепление и стабилност върху неравни повърхности, като например кални полета, и са способни да се движат по стръмни склонове.
Някои селскостопански роботи са проектирани с подобни на крака структури, за да преминават през неравни и предизвикателни терени. Благодарение на тях те могат да се справят с неравни повърхности и препятствия, което ги прави идеални за придвижване из полета с гъста растителност или неравен терен. Те имат предимството да могат да прескачат препятствия или дори да се катерят по малки бариери.
Дроновете също се считат за селскостопански роботи и използват въздушно придвижване. Те могат да летят над посеви, заснемайки изображения и данни за наблюдение на здравето на културите, оценка на почвените условия и дори пръскане на пестициди и торове. Дроновете предлагат изглед на фермата от птичи поглед и могат бързо да покрият големи площи, предоставяйки ценна информация на фермерите.
В някои случаи селскостопанските роботи са проектирани като роувъри или пълзящи машини, способни на движение с ниска скорост и работещи в затворени пространства. Тези роботи са особено полезни в оранжерии и тунели, където прецизността и деликатното маневриране са от съществено значение за прибиране на реколтата или други задачи.Хибридните селскостопански роботи съчетават множество методи за придвижване, за да постигнат гъвкавост и ефективност. Например роботът може да има колела за бързо придвижване между полета и крака за прецизна навигация в посевите.
В избора си на агрокултурни роботи е от ключова важност да имате предвид някои особености в придвижването. Селскостопанската среда може да варира значително, от гладки и равни повърхности до груби и хълмисти терени. Системите за придвижване трябва да могат да се адаптират, за да се справят ефективно с тези различни терени. Селскостопанските роботи често работят за продължителни периоди от време и енергийната ефективност е от съществено значение за осигуряване на продължителна работа без често презареждане или зареждане с гориво.
От селскостопанските роботи се очаква да работят автономно, като вземат интелигентни решения относно техните пътища на движение и задачи. Това изисква усъвършенствани сензорни и навигационни възможности. Някои селскостопански задачи, като бране или жътва, може да изискват роботът да носи тежки товари. Системата за придвижване трябва да може да издържи допълнителното тегло, без да се компрометира работата. Безопасността е от първостепенно значение, особено когато работите в непосредствена близост до хора или добитък. Системите за придвижване трябва да бъдат проектирани така, че да избягват сблъсъци и да работят прецизно, за да минимизират потенциалните опасности.
Позициониране и локализация
Локализацията се отнася до процеса на определяне на точната позиция на робот в дадена среда. В контекста на селскостопанската роботика, локализирането е от решаващо значение, за да се даде възможност на роботите да навигират точно през полетата и да изпълняват задачи като засаждане, пръскане или прибиране на реколтата. За локализация се използват няколко метода и технологии.
Глобалната система за позициониране GPS е често използвана технология, която разчита на сигнали от сателити, за да определи позицията на робота. Въпреки че GPS може да предостави глобална информация за позициониране, неговата точност може да варира, особено в райони с препятствия като дървета или сгради. Системи за сателитно местоположение като GPS направиха възможен напредъка в селскостопанската роботика.
Роботизираното земеделско оборудване често разчита на GPS информация, за да се позиционира и локализира във фермите. Автономните трактори и оборудване за оран, сеитба или навигация могат да използват комбинация от сензори за компютърно зрение и GPS за навигация и да действат като водач в роботизирани камиони за оран. GPS технологията предоставя прецизни данни за местоположението, позволявайки на роботите да навигират точно в полетата и да следват предварително дефинирани пътища за различни задачи.
RTK-GPS (кинематичен GPS в реално време) е по-усъвършенствана версия на GPS, която осигурява точност на ниво сантиметър чрез използване на коригиращи сигнали от референтни станции. RTK-GPS е много точен и широко използван в прецизното земеделие. Лидарните сензори излъчват лазерни лъчи и измерват времето, необходимо на лъчите да отскочат обратно. Чрез анализиране на тези обратни сигнали, роботите могат да създават подробни карти на заобикалящата ги среда и точно да се локализират.
Визуалната одометрия е метод, който включва използване на камери за проследяване на визуални характеристики и изчисляване на движението на робота. Чрез сравняване на промените в тези характеристики с течение на времето, роботът оценява своята позиция. SLAM (както споменахме по-горе) е техника, при която робот изгражда карта на своята среда, като същевременно се локализира в рамките на тази карта.
Този подход обикновено се използва в сценарии, при които съществуващите карти не са налични. Картографията, в контекста на селскостопанската роботика, включва създаване на подробни карти на селскостопански полета. Тези карти предоставят ценна информация за разположението на земята, разпределението на културите и потенциалните препятствия. Картографията поддържа няколко аспекта на селскостопанската роботика.
При картографиране на полето роботи, оборудвани с различни сензори, като лидар или камери, събират данни за топографията на полето, типовете почви и разпределението на културите. Тези данни се използват за създаване на точни цифрови карти на полето. Подробната карта позволява на роботите да идентифицират препятствия като камъни, канавки или напоително оборудване. Тази информация им помага да планират пътища, които избягват тези препятствия, намалявайки риска от сблъсъци.
Друго е приложението с променлива норма. Подробните карти позволяват на роботите да прилагат ресурси като вода, тор или пестициди по целенасочен начин. Като разбират вариациите в здравето на почвата и културите, роботите могат да коригират действията си, за да оптимизират използването на ресурсите. Картографирането позволява и мониторинг на добивите. Чрез проследяване на здравето и растежа на културите в полето, роботите могат да създават карти на добивите, които показват кои области произвеждат най-добрите култури.
Тази информация помага на фермерите да вземат информирани решения относно бъдещи стратегии за засаждане и управление. Може да се направи и анализ на полето. С течение на времето картографските данни се натрупват и предоставят представа за дългосрочни тенденции и промени в областта. Тази информация помага на фермерите да оптимизират своите стратегии и да подобрят общата производителност.
В обобщение, локализацията и картографията са критични компоненти на селскостопанската роботика. Локализацията гарантира, че роботите знаят къде се намират, позволявайки прецизна навигация и изпълнение на задачи, докато картографията помага на роботите да разберат оформлението на полето, да оптимизират използването на ресурсите и да вземат информирани решения за устойчиви и ефективни земеделски практики.
Бъдещи перспективи Агроиндустрията е на прага на нова ера, водена от иновации в роботизацията и автоматизацията. Технологиите, които днес започват да навлизат в полетата и фермите, ще определят бъдещето на селското стопанство, правейки го по-ефективно, устойчиво и прецизно. С развитието на мехатрониката, дигитализацията и автоматиката, агророботите ще продължат да играят все по-важна роля, превръщайки традиционното земеделие в един от най-високотехнологичните сектори на бъдещето.
Агроиндустрията продължава да се трансформира благодарение на напредъка в роботизацията, като очакванията за бъдещето са дори още по-вълнуващи. В близките години можем да очакваме по-съвършени решения в областта на мехатрониката, които ще позволят на агророботите да функционират с още повисока ефективност и прецизност. Технологии като изкуствен интелект и машинно обучение ще продължат да се интегрират в селскостопанските платформи, което ще доведе до още по-добра адаптация към различни терени и климатични условия.
В допълнение, иновации в батерийните технологии и нови материали ще удължат работния живот на роботите, намалявайки необходимостта от чести зареждания и поддръжка. В крайна сметка, бъдещето на аграрната роботика се очертава като ключов фактор за прехода към поустойчиво и ефективно селско стопанство.