農業用ロボットは、農業目的で配備されたロボットです。今日の農業におけるロボットの主な応用分野は収穫段階にある。農業におけるロボットやドローンの新たな応用には、雑草防除、雲播種、種子の植え付け、収穫、環境モニタリング、土壌分析などがあります。

一般
フルーツピックアップロボット、ドライバーレストラクター/スプレーャー、羊剪断ロボットは、人間の労力に代わるものとして設計されています。多くの場合、タスクの開始前に、多くの要因(例えば、採取される果物のサイズおよび色)を考慮する必要がある。ロボットは、剪定、除草、散布、モニタリングなどの他の園芸作業にも使用できます。ロボットは、自動搾乳、洗浄、去勢などの家畜用途(家畜ロボット)にも使用できます。このようなロボットは、新鮮な農産物の品質向上、生産コストの削減、手作業の必要性の減少など、農業にとって多くの利益をもたらします。また、トラクターやその他の有人車両の使用が操作者にとって危険なので、雑草や鯨肉の散布などの手動作業を自動化することもできます。

デザイン
機械設計は、エンドエフェクタ、マニピュレータ、およびグリッパから構成されています。マニピュレータの設計には、タスク、経済効率、必要な動作など、いくつかの要素を考慮する必要があります。エンドエフェクタは果実の市場価値に影響し、グリッパのデザインは収穫されている作物に基づいています。

エンドエフェクタ
農業用ロボットのエンドエフェクタは、ロボットアームの端にあるデバイスで、さまざまな農業用に使用されます。いくつかの異なる種類のエンドエフェクタが開発されている。日本で葡萄を伴う農業では、エンドエフェクタを収穫、果実の薄化、噴霧、および袋詰めに使用する。それぞれは、タスクの性質と対象となる果物の形と大きさに従って設計されています。例えば、収穫に使用されたエンドエフェクタは、ブドウの束を把持し、切断し、押し出すように設計されていた。

ベリーの間伐は、ブドウに対して行われる別の作業であり、ブドウの市場価値を高め、ブドウの大きさを増し、束化プロセスを促進するために使用される。ベリーの間伐の場合、エンドエフェクタは上、中、下から成ります。上部には2枚のプレートと開閉可能なゴムがあります。 2つのプレートは、ぶどうを圧縮して枝を切断し、ブドウの束を抽出する。中間部分には針の板と圧縮ばねとその表面に穴が広がっている別の板が入っています。 2つのプレートが圧縮すると、針はブドウに穴を開ける。次に、下部には、その長さを標準化するために束を切断することができる切断装置がある。

噴霧の場合、エンドエフェクタは、マニピュレータに取り付けられたスプレーノズルからなる。実際には、生産者は、薬液が群全体に均等に分配されることを確実にしたい。このように、この設計は、ターゲットからの距離を保ちながらノズルを一定の速度で動かすことによって、化学物質の均一な分布を可能にする。

ぶどう生産の最終ステップは、袋詰めプロセスです。袋詰めエンドエフェクタは、袋フィーダと2つの機械的指で設計されています。袋詰め工程において、袋フィーダは、上下に袋に指を連続的に供給するスリットからなる。バッグが指に供給されている間、バッグの上端に位置する2枚の板ばねがバッグを開いた状態に保持する。袋はブドウを束ねるように作られています。袋詰めプロセスが完了すると、指が開いて袋を解放する。これにより、袋を密閉して再び開くことを防止する板ばねが閉じられる。

クランプ
鉗子は、目的の作物を収穫するために使用される把持装置である。クランプの設計は、シンプルさ、低コスト、および効率に基づいています。したがって、設計は通常、タスクを実行するときに同期した動きをすることができる2つの機械的指で構成されています。技術的特徴は割り当てられたタスクに依存する。例えば、収穫のために植物部分を切断する手順である場合、把持装置は切断刃を備えている。

マニピュレータアーム
マニピュレータアームは、グリッパおよびエフェクタがその環境をナビゲートできるようにする機械的装置である。グリップの位置と高さを維持する4つのバーを備えた平行ロッドから構成されています。マニピュレータは、1つ、2つ、または3つの空気圧アクチュエータを使用することもできます。アクチュエータタイヤは、圧縮空気をエネルギーに変換する直線運動または回転運動を生成するモータである。空気圧式アクチュエータは、重量比が高いため、農業用ロボットにとって最も効率的です。マニピュレータアームの場合、コスト面で最も効率的な設計は、単一のアクチュエータ構成ですが、このオプションは柔軟性が最も低くなります。

グリッパー
グリッパは、対象作物を収穫するのに使用される把持装置である。グリッパの設計は、シンプルさ、低コスト、および有効性に基づいています。したがって、設計は通常、作業を実行するときに同期して動くことができる2つの機械的指からなる。設計の詳細は、実行されているタスクによって異なります。例えば、収穫のために植物を切断する必要のある手順では、グリッパーは鋭い刃を備えていた。

マニピュレータ
マニピュレータは、グリッパとエンドエフェクタがその環境をナビゲートできるようにします。マニピュレータは、グリッパの位置と高さを維持する4本の平行なリンクで構成されています。マニピュレータは、1つ、2つ、または3つの空気圧アクチュエータを利用することもできます。空気圧アクチュエータは、圧縮空気をエネルギーに変換することによって直線運動および回転運動を生成するモータである。空気力学的アクチュエータは、高い重量比のため、農業用ロボットにとって最も有効なアクチュエータである。マニピュレータの最もコスト効率の高い設計は、単一のアクチュエータ構成ですが、これは最も柔軟性のないオプションです。

開発
農業におけるロボティクスの最初の開発は、1920年代初めに行われ、農業への自動車の自動ガイダンスを形にする研究が始まった。この研究は、1950年代から60年代の自律農業車の進歩をもたらしました。しかし、コンセプトは完璧ではなかったが、車両は引き続き経路を導くケーブルシステムを必要としていた。他の分野の技術が発展し始めたので、農業分野のロボットも発展を続けました。マシンビジョンガイダンスが可能になったのは、コンピュータの開発に続いて1980年代までではありませんでした。

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何年もの間、フランスと米国の両方でロボットを使ったオレンジの収穫が行われました。

ロボットは何十年もの間屋内産業の環境に組み込まれてきましたが、農業用の屋外ロボットはより複雑で開発が難しいと考えられています。これは、安全性に対する懸念だけでなく、さまざまな環境要因と予測不可能な作物の採取の複雑さにも起因しています。

市場における需要
農業部門が必要とする労働の量には懸念がある。人口の高齢化に伴い、日本は農業労働市場の要求を満たすことができない。同様に、米国は現在、多数の移民労働者に依存しているが、季節農家労働者の減少と政府の移民を阻止しようとする努力の増加との間に、彼らはその要求を満たすことができない。企業はしばしば、季節の終わりまでにすべてを選ぶことができないために作物を腐らせることを強いられている。さらに、今後数年にわたって食糧を供給する必要がある人口の増加に懸念があります。このため、農業機械をより効率的かつ継続的に使用できるように改善する大きな要望がある。

現在のアプリケーションとトレンド
現在の研究の多くは、自律的な農業車に向けて継続して働いています。この研究は、運転者補助システムと自転車の進歩に基づいています。

ロボットはすでに農業農業の多くの分野に組み込まれていますが、まだ様々な作物の収穫に欠けています。これは、企業がファームでより具体的なタスクを完了するロボットを開発し始めると、変化し始めました。作物を収穫するロボットに対する最大の懸念は、イチゴなどの柔らかい作物を収穫することにあります。イチゴは簡単に損壊する可能性があります。これらの懸念にもかかわらず、この分野における進歩がなされている。 Harvest Croo Roboticsの共同設立者であるGary Wishnatzkiによると、現在フロリダ州でテストされているイチゴのピッカーの1人は、わずか3日間で25エーカーの畑を選び、約30人の農場労働者の乗組員を置き換えることができます。リンゴ、ブドウ、および他の作物の収穫においても同様の進歩が見られています。

農業会社によって設定されている別の目標は、データの収集です。人口の増加とそれを食べるのに利用可能な労働力の減少に対する懸念が高まっています。データ収集は、農場の生産性を向上させる方法として開発されています。 AgriDataは現在、これを行うための新しい技術を開発しており、果樹をスキャンすることによって作物を収穫する最良の時期を農家がよりよく判断できるよう支援しています。

アプリケーション
ロボットは農業分野で多くの応用分野を持っています。ロボットのいくつかの例とプロトタイプには、Merlin Robot Milker、Rosphere、Harvest Automation、Orange Harvester、レタスボット、および雑草が含まれます。農業でのロボットの大規模な使用の1つのケースは、ミルクボットです。英国の酪農場の間では、その効率性と非要求性のために広く普及しています。 David Gardner(英国王立農業協会会長)によると、ロボットは、その反復性があり、ロボットが単一の場所に座ることができれば、複雑な作業を完了することができます。さらに、反復作業(例えば、搾乳)を行うロボットは、一貫した特定の基準への役割を果たす。

農業用ロボットを大規模に使用する場合は、搾乳ロボットの場合である。これらは有効性と旅行要件がないため、英国の酪農場では非常に一般的です。 David Gardner(英国王立農業協会(Royal Agricultural Society of England)マネージングディレクター)によると、ロボットは反復的で、ロボットが動かなくても複雑な作業を達成することができます。さらに、反復的な作業(搾乳など)を行うロボットは、規則性やタスク特有の順応性を備えた役割を果たします。

もう一つの応用分野は園芸である。園芸用途は、Harvest Automation Inc.によって開発されたRV 100です。このロボットは、鉢植えの植物を温室または屋外の園芸作業で輸送するように設計されています。鉢植えの処理および組織化におけるRV100の機能には、スペーシング、コレクションおよびコンソリデーションの機能も含まれます。この作業にRV 100を使用する利点には、ポットの配置精度、外部および内部の操作の自律性、および生産コストの削減が含まれます。

もう一つの応用分野は園芸である。 1つの園芸用途は、Harvest Automation Inc.のRV100の開発です。RV 100は、鉢植えの植物を温室または屋外で輸送するように設計されています。鉢植えの植物の取り扱いおよび整理におけるRV100の機能には、スペーシング機能、収集、および統合が含まれます。この作業にRV100を使用する利点としては、高い配置精度、自律的な屋外および屋内機能、および生産コストの削減などがあります。


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