Automatyczny sekator. Lekarstwo na problemy produkcyjne w sadach

Podczas gdy całe rolnictwo zmierza w kierunku automatyzacji czynności, to prace pielęgnacyjne przy uprawach drzew owocowych nadal wymagają pracy ręcznej. Jednak wraz ze zmniejszaniem się liczby wykwalifikowanych pracowników i wzrostem kosztów robocizny, problem będzie narastał. Czy automatyczny sekator nad jakim pracują uczeni ze Stanowego Uniwersytetu Pensylwanii w USA pomoże w złagodzeniu problemu?

Automatyczny sekator ma być sposobem na zautomatyzowanie precyzyjnego cięcia drzew w sadach jabłoniowych. Prace nad takim automatem są wyjściem naprzeciw problemom jakie pojawią się w przyszłości. Obecnie koszty cięcia sadu szacowane są w Stanach na 20% kosztów produkcji przez zbiorami.

Automatyczny sekator – prototyp

Pierwszy automatyczny sekator zaprojektowali Azlan Zahid i jego koledzy z uczelni. Jest on w pełni zautomatyzowany i sterowany za pomocą komputerowego systemu matematycznego. Dzięki uczeniu maszynowemu będzie on w stanie poradzić sobie w nieuporządkowanym środowisku, jakim są korony drzew.

Część robocza to zaopatrzony w ostrza sekatora manipulator, który może obracać się w trzech płaszczyznach. Jest on przymocowany do ramienia zapewniającego ruch w trzech kierunkach i pozwalającego na przenoszenie manipulatora w miejsce cięcia. Ostrza manipulatora napędzane są elektrycznym silnikiem zasilanym prądem stałym.

Automatyczny sekator

Czy automatyczny sekator zdoła w przyszłości wyprzeć tradycyjne sprzęty?

fot. Pixabay

Z kolei do obserwacji środowiska pracy i do rekonstrukcji 3D jabłoni zastosowano czujnik LiDAR. Jego ograniczeniem jest to, że niektóre małe i cienkie gałęzie zostały pominięte z powodu ograniczenia rozdzielczości. Jak widać, automatyczny sekator wciąż posiada pewne ograniczenia.

Za kierowanie manipulatorem odpowiada mikrokontroler zaopatrzony w interfejs użytkownika, który umożliwia wizualizację obliczeń. Z kolei opracowany model matematyczny pozwala na symulację wykorzystania przestrzeni roboczej by określić efektywny zasięg manipulatora. Dlatego jabłoń zrekonstruowano cyfrowo przy użyciu danych przestrzennych i podzielono na segmenty pnia i głównych gałęzi. Algorytmy komputerowe wyliczają bezkolizyjną ścieżkę ruchu manipulatora do miejsca cięcia.

Pierwsze testy automatycznego sekatora

Przydatność prototypu badacze przetestowali w sadzie uniwersyteckiego zakładu badawczego na losowo wybranych jabłoniach odmiany Fuji. Wyniki testów pokazały, że średni czas dotarcia do docelowej gałęzi wyniósł około 12-13 sekund zaś maksymalna średnica ciętych gałęzi wynosi 25 mm. Opracowane algorytmy w pełni wykazały swoją przydatność w praktyce, dzięki czemu automatyczny sekator mógłby dotrzeć do wszystkich gałęzi i je przyciąć.

Przeszkody jakie muszą pokonać konstruktorzy

Komplikacje towarzyszące koncepcji zrobotyzowanego cięcia wynikają w dużej mierze z nieuporządkowanego środowiska pracy, jakim jest jabłoń w sadzie. Zrobotyzowany zespół tnący musi być w stanie pracować w ciasnych przestrzeniach i docierać do docelowych gałęzi w celu ich przycięcia, unikając jednocześnie splątania innych gałęzi. Naturalne ułożenie gałęzi utrudnia stworzenie cyfrowej rekonstrukcji oraz samo manewrowanie w koronie drzew, gdzie jest mało miejsca.

Problemy z dotarciem do miejsc cięcia i kierunkiem ustawienia sekatora badacze próbują rozwiązać dodając do programu nowe opcje. W związku z tym zaprogramowano nowe kąty natarcia, dzięki czemu system poprawił zdolność do znajdowania bezkolizyjnej ścieżki do docelowych gałęzi. Jednak dodanie dużej liczby opcji dotarcia może skutkować wydłużeniem czasu działania. Wynika to z tego, że robot przeszukuje ścieżkę dla następnej lub alternatywnej opcji podejścia po niepowodzeniu bieżącego podejścia. Zdaniem badacza można to zoptymalizować przez zastosowanie obliczeń równoległych, dzięki czemu system może jednocześnie przeszukiwać ścieżkę dla wszystkich podejść. Po zakończeniu wyliczeń automatyczny sekator automatycznie wybierze optymalną ścieżkę.

Z powodu ograniczeń czujnika LiDAR badacze zastanawiają się nad wzbogaceniem systemu w układ wizyjny zaopatrzony w kamerę RGB-Depth. Dzięki temu system dokładniej zmierzy średnicę gałęzi, co ułatwi nie tylko manewrowanie ale taż wybór gałęzi do cięcia.

W celu poprawy efektywności systemu pracują oni nad algorytmem sekwencjonowania cięć, który pozwoli zoptymalizować długości ścieżek i czas cyklu pracy.

Reasumując automatyzacja wkracza też do sadownictwa. Obecnie roboty monitorują uprawy pod kątem stanu roślin ułatwiając nawożenie i ochronę. A w niedalekiej przyszłości automatyczny sekator przytnie drzewka, zaś w okresie zbiorów robot pozbiera owoce bezpośrednio z drzewa. Nad tym drugim urządzeniem już pracują badacze z Nowej Zelandii.

Źródło: https://www.freshfruitportal.com/

Czy artykuł był przydatny?

Kliknij na gwiazdkę, by zagłosować

Ocena 0 / 5. Liczba głosów 0

Na razie brak głosów. Możesz być pierwszy!

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *