Сельскохозяйственный робот — робот, предназначенный для сельскохозяйственных целей. Основная область применения роботов в сельском хозяйстве сегодня находится на этапе сбора урожая. Новые применения роботов или дронов в сельском хозяйстве включают борьбу с сорняками, посев облаков, посев семян, сбор урожая, мониторинг окружающей среды и анализ почвы.

генеральный
Роботы-подборщики фруктов, бездисковые тракторы / опрыскиватели и роботы-ножницы для резки овец предназначены для замены человеческого труда. В большинстве случаев необходимо учитывать множество факторов (например, размер и цвет собранных фруктов) до начала выполнения задачи. Роботы могут использоваться для других садоводческих задач, таких как обрезка, прополка, распыление и мониторинг. Роботы могут также использоваться в животноводстве (робототехника для скота), таких как автоматическое доение, промывка и кастрация. Подобные роботы имеют много преимуществ для сельскохозяйственной промышленности, включая более высокое качество свежих продуктов, более низкие издержки производства и снижение потребности в ручном труде. Они также могут использоваться для автоматизации ручных задач, таких как распыление сорняков или брызг, где использование тракторов и других пилотируемых транспортных средств слишком опасно для операторов.

Проекты
Механическая конструкция состоит из конечного эффектора, манипулятора и захвата. При проектировании манипулятора необходимо учитывать несколько факторов, включая задачу, экономическую эффективность и требуемые движения. Конечный эффектор влияет на рыночную стоимость фруктов, а конструкция захвата основана на урожае, которое собирается.

Конечные эффекторы
Конечным эффектором в сельскохозяйственном роботе является устройство, обнаруженное в конце роботизированной руки, используемое для различных сельскохозяйственных операций. Разработано несколько различных видов конечных эффекторов. В сельскохозяйственной операции, связанной с виноградом в Японии, конечные эффекторы используются для сбора урожая, разжижения ягод, опрыскивания и упаковки. Каждый из них был разработан в соответствии с характером задачи и формой и размером целевого плода. Например, конечные эффекторы, используемые для сбора урожая, были предназначены для захвата, вырезания и толчки гроздьев винограда.

Прореживание ягод — еще одна операция, выполняемая на винограде, и используется для повышения рыночной стоимости винограда, увеличения размера винограда и облегчения процесса группировки. Для разжижения ягод конечный эффектор состоит из верхней, средней и нижней частей. Верхняя часть имеет две пластины и резину, которая может открываться и закрываться. Две пластины сжимают виноград, чтобы обрезать ветви рахиса и извлечь гроздь винограда. Средняя часть содержит пластину игл, пружину сжатия и другую пластину с отверстиями, расположенными на ее поверхности. Когда две пластины сжимаются, иглы пробивают отверстия через виноград. Затем нижняя часть имеет режущее устройство, которое может разрезать кучу, чтобы стандартизировать его длину.

Для распыления конечный эффектор состоит из распылительного сопла, прикрепленного к манипулятору. На практике производители хотят обеспечить равномерное распределение химической жидкости по всей группе. Таким образом, конструкция допускает равномерное распределение химического вещества, заставляя сопло двигаться с постоянной скоростью, сохраняя расстояние от цели.

Последним шагом в производстве винограда является процесс упаковки. Конечный эффектор для мешков предназначен для подачи мешка и двух механических пальцев. В процессе упаковки мешок питателя состоит из щелей, которые непрерывно подают мешки пальцами вверх и вниз. Пока мешок подается на пальцы, две листовые пружины, которые расположены на верхнем конце мешка, удерживают мешок открытым. Мешки производятся, чтобы содержать виноград в пучках. Как только процесс упаковки будет завершен, пальцы откроются и отпустите пакет. Это закрывает листовые рессоры, которые уплотняют мешок и препятствуют его открытию снова.

зажим
Щипцы — это захватывающее устройство, которое используется для сбора урожая. Конструкция зажима основана на простоте, низкой стоимости и эффективности. Таким образом, конструкция обычно состоит из двух механических пальцев, которые способны выполнять синхронизированные движения при выполнении своей задачи. Технические характеристики зависят от заданной задачи. Например, когда процедура заключается в разрезании деталей для уборки урожая, захватное устройство оснащено режущим лезвием.

Рукоятка манипулятора
Ручка манипулятора представляет собой механическое устройство, которое позволяет захвату и эффектору перемещаться по окружающей среде. Он состоит из параллельных стержней с четырьмя стержнями, которые поддерживают положение и высоту захвата. Манипулятор также может использовать один, два или три пневматических привода. Шины исполнительных механизмов — это двигатели, которые производят движение линейное или вращательное преобразование сжатого воздуха в энергию. Пневматический привод является наиболее эффективным для сельскохозяйственных роботов из-за его высокого отношения мощности к весу. Для рычага манипулятора наиболее эффективная конструкция с точки зрения стоимости — это конфигурация одного исполнительного механизма, хотя эта опция является наименее гибкой.

Gripper
Захват — это захватывающее устройство, которое используется для сбора урожая. Конструкция захвата основана на простоте, низкой стоимости и эффективности. Таким образом, конструкция обычно состоит из двух механических пальцев, которые могут перемещаться синхронно при выполнении своей задачи. Специфика дизайна зависит от выполняемой задачи. Например, в процедуре, требующей резания растений для сбора урожая, захват был оснащен острым лезвием.

манипулятор
Манипулятор позволяет захвату и концевому эффектору перемещаться по окружающей среде. Манипулятор состоит из четырех-параллельных параллельных линий, которые поддерживают положение захвата 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 самым эффективным приводом для сельскохозяйственных роботов из-за его сильного веса. Наиболее экономичная конструкция для манипулятора — это конфигурация одного исполнительного механизма, но это наименее гибкий вариант.

развитие
Первая разработка робототехники в сельском хозяйстве может быть датирована еще в 1920-х годах, и исследования по внедрению автоматических транспортных средств в сельское хозяйство начинают складываться. Это исследование привело к успехам между 1950-х и 60-х годами автономных сельскохозяйственных транспортных средств. Однако концепция не была идеальной, поскольку транспортные средства, все еще нуждающиеся в кабельной системе, направляли свой путь. Роботы в сельском хозяйстве продолжали развиваться по мере развития технологий в других секторах. Это стало возможным только в 1980-х годах после разработки компьютера, что стало возможным руководство машинного зрения.

Другие события за эти годы включали сбор апельсинов с использованием робота как во Франции, так и в США.

В то время как роботы были внедрены в промышленных помещениях в течение десятилетий, наружные роботы для использования в сельском хозяйстве считаются более сложными и трудными для развития. Это связано с опасениями по поводу безопасности, а также сложностью сбора культур с учетом различных факторов окружающей среды и непредсказуемости.

Спрос на рынке
Существуют опасения по поводу объема рабочей силы, необходимого для сельскохозяйственного сектора. Со стареющим населением Япония не в состоянии удовлетворить потребности рынка сельскохозяйственной продукции. Точно так же Соединенные Штаты в настоящее время зависят от большого числа рабочих-иммигрантов, но между сокращением сезонных фермеров и усилением усилий по прекращению иммиграции со стороны правительства они также не могут удовлетворить спрос. Предприятия часто вынуждены оставлять урожай зерновых из-за невозможности забрать их всех к концу сезона. Кроме того, есть опасения по поводу растущего населения, которое необходимо будет кормить в течение следующих лет. Из-за этого существует большое желание улучшить сельскохозяйственную технику, чтобы сделать ее более экономичной и жизнеспособной для дальнейшего использования.

Текущие приложения и тенденции
Большая часть текущих исследований продолжает работать в направлении автономных сельскохозяйственных машин. Это исследование основано на достижениях, сделанных в системах помощи водителям и самоходных автомобилях.

Хотя роботы уже были включены во многие области сельскохозяйственных сельскохозяйственных работ, они по-прежнему в значительной степени отсутствуют при сборе урожая различных культур. Это начало меняться по мере того, как компании начинают разрабатывать роботы, которые выполняют более конкретные задачи на ферме. Самая большая проблема, связанная с уборкой урожая роботов, — это сбор урожая мягких культур, таких как клубника, которую можно легко повредить или пропустить полностью. Несмотря на эти проблемы, прогресс в этой области осуществляется. По словам Гэри Wishnatzki, соучредитель Harvest Croo Robotics, один из их сборщиков клубники, которые в настоящее время проходят тестирование во Флориде, может «забрать всего за три дня 25-акровую площадку и заменить экипаж около 30 сельскохозяйственных рабочих». Аналогичный прогресс наблюдается в сборе яблок, винограда и других культур.

Другая цель, поставленная сельскохозяйственными компаниями, заключается в сборе данных. Возрастают опасения по поводу растущего населения и сокращающейся рабочей силы для их кормления. В настоящее время разрабатывается сбор данных для повышения производительности фермерских хозяйств. AgriData в настоящее время разрабатывает новые технологии, чтобы сделать это и помочь фермерам лучше определить лучшее время для сбора урожая путем сканирования фруктовых деревьев.

Приложения
У роботов много областей применения в сельском хозяйстве. Некоторые примеры и прототипы роботов включают Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation, Orange Harvester, салат-латук и просеиватель. Одним из примеров широкомасштабного использования роботов в сельском хозяйстве является молочный бот. Он широко распространен среди британских молочных ферм из-за его эффективности и отсутствия необходимости двигаться. По словам Дэвида Гарднера (исполнительного директора Королевского сельскохозяйственного общества Англии), робот может выполнить сложную задачу, если его повторяющийся и робот могут сидеть в одном месте. Кроме того, роботы, которые работают над повторяющимися задачами (например, дойка), выполняют свою роль в соответствии с конкретным стандартом.

Случай крупномасштабного использования сельскохозяйственных роботов — это доильный робот. Они очень распространены на британских молочных фермах из-за их эффективности и отсутствия требований к поездкам. По словам Дэвида Гарднера (управляющего директора Королевского сельскохозяйственного общества Англии), робот может выполнить сложную задачу, если он повторяется, и робот может оставаться неподвижным. Кроме того, роботы, которые работают над повторяющимися задачами (например, дойкой), выполняют свою роль с большой регулярностью и адаптацией к конкретным задачам.

Другой областью применения является садоводство. Садоводческая заявка — это RV 100, разработанная Harvest Automation Inc. Этот робот предназначен для перевозки горшечных растений в теплице или на открытом воздухе в садоводстве. Функции RV 100 при обработке и организации горшечных растений также включают возможности интервалов, сбора и консолидации. Преимущества использования RV 100 для этой задачи включают в себя точность размещения горшков, автономность работы снаружи и внутри и снижение издержек производства.

Другой областью применения является садоводство. Одним из садоводческих приложений является разработка RV100 от Harvest Automation Inc. RV 100 предназначена для транспортировки горшечных растений в теплице или на открытом воздухе. Функции RV100 при обработке и организации горшечных растений включают возможности разделения, сбора и консолидации. Преимущества использования RV100 для этой задачи включают высокую точность размещения, автономную наружную и внутреннюю функцию и снижение издержек производства.

Примеры
Винобот и винокулер
LSB’s AgBot
Harvest Automation — это компания, основанная бывшими сотрудниками iRobot для разработки роботов для теплиц
Собиратель клубники от Robotic Harvesting и Agrobot.
Косилка для качения следующего поколения Casmobot
Fieldrobot Event — соревнование в области мобильной сельскохозяйственной робототехники
HortiBot — робот по уходу за растениями,
Салат-латук — ликвидация органического сорняка и разбавление салата
Розовый робот, разработанный Японским национальным центром сельскохозяйственных исследований
Автономный робот-распылитель IBEX для экстремальной местности, разрабатываемый
FarmBot, CNC с открытым исходным кодом
VAE, разрабатываемая аргентинским агротехническим стартапом, ставит своей целью стать универсальной платформой для многих сельскохозяйственных применений, от прецизионного распыления до обработки домашнего скота.
ACFR RIPPA: для точечного распыления
ACFR SwagBot; для мониторинга скота
ACFR Digital Farmhand: для распыления, прополки и посева