Спецвозможности
Техника и оборудование

Полевой робот уничтожит сорняки без химии

12.08.2016
1074
Полевой робот уничтожит сорняки без химии фото, иллюстрация
BoniRob in field

Давно известный факт: при использовании химических средств защиты растений от сорняков частично снижается урожайность выращиваемой культуры - даже при применении последних разработок в области генной инженерии и химии защиты растений.

Борьба с сорняками без химии 

Более того, химикаты полностью не растворяются и не распадаются на безопасные химические соединения в течение вегетации растений. И как следствие, их остатки аккумулируются в вегетативной части, корнеплодах, ягодах и тому подобное. Некоторые из этих средств имеют явно выраженные признаки канцерогенности, что в итоге приводит к накоплению этих веществ в тканях и органах человека и, соответственно, не способствуют сохранению здоровья и продолжительности жизни. В конце концов, их применение вызывает экологические проблемы.

Но в последнее время, с появлением и постепенным увеличением доли использования робототехники в сельском хозяйстве, специалисты молодой компании Deepfield Robotics, которая входит в состав концерна Bosch, поставили себе целью в корне изменить эту ситуацию. Они решили разработать и воплотить в жизнь такую ​​технологию выращивания культур, которая не нуждалась бы во внесении химических средств защиты грунта от сорянков. На Международной конференции IEEE по вопросам интеллектуальных систем и роботов (IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS) был впервые представлен сельскохозяйственный робот - воплощение этого замысла в металле.

Основная идея этой технологии борьбы с сорняками от химии - полный отказ от химических средств защиты в пользу физических. Разработчики прогрессивной компании предложили уничтожать сорняки физически, но не вручную, как когда-то - путем использования изнурительного человеческого труда, а с помощью «умного» молотка, который просто вгонял бы всю вегетативную часть сорняка назад, в землю.

robot zabyvae byriany molotomliniine rozmishennya molotiv

 

 

 

 

 

 

 

 

Полностью эта технология борьбы с сорняками без химии еще не налажена, однако основные черты и технологическая проработка уже есть. Этот «умный» молоток смонтирован на колесном шасси робота (BoniRob).

С помощью машинного «зрения» робот направляет свое орудие именно на сорняки, и его рабочий молоток работает достаточно активно: с частотой удара в одну десятую долю секунды!

Можно предположить, что этот робот сделает бесполезную работу: мол, сорняки же при этом не искореняются, а лишь «загоняются» в землю, но они имеют свойство снова разрастаться с еще большей силой. Да, но их дальнейшее отрастание начнется не через несколько часов, к тому же этого робота можно запускать на поле столько раз, сколько потребуется. Ведь он не устает и может работать круглосуточно.

Поэтому стоит перейти к описанию конструкционного строения приспособления для уничтожения сорняков, и на каждом из его компонентов следует остановиться подробно, поскольку они заслуживают такого внимания.

Конструкция работа для борьбы с сорняками на полях

Этот «умный» агрегат имеет вид четырехосной платформы с мотор-колесами на каждой оси. Последние, в свою очередь, имеют как минимум две степени свободы каждая (то есть колесо может поворачиваться в обе стороны), а сама направляющая ось может прижиматься к «телу» (остову) работа для удобства транспортировки. «Тело» работа имеет прямоугольную форму со скосами на углах для крепления «ног». Также робот оснащен антеннами радиосвязи для передачи телеметрии, двухчастотным GPS-модулем. По всему периметру остова работа установлено стоп-кнопки для выключения электропитания в случае незапланированного программой и оператором поведения машины.

tilo robotu

«Тело» работа борьбы с сорняками имеет на полях посередине специальный вырез кубической формы для сменных модулей полезной нагрузки. Сама платформа может выдерживать полезный груз до 150 кг. Разработчики посчитали выгодным вариант приобретения их изделия, когда заказчик (покупатель) берет для использования одного робота и несколько сменных модулей с полезной нагрузкой, что позволяет совмещать функции для выполнения всего цикла агроприемов на поле (от основной обработки почвы до опрыскивания и проведения физического уничтожения сорняков).

Также благодаря специально разработанному предпродажевому сервису покупатель при покупке робота может отказаться от ненужных модулей и с доплатой приобрести именно то, что нужно для выполнения запланированных агромероприятий. То есть производитель параллельно решает вопросы логистики, которые гибко учитывают пожелания клиентов, а также предоставляет сервисную поддержку изделия на протяжении всего периода вегетации и уборки культур (рисунок). Также разработчики работают над решением вопроса о возможности одновременного использования нескольких роботов при выполнении работы (в виде «стаи»).

inzenery boniRob

На борту работа установлен электрический (на время тестирования) двигатель, однако предусмотрено также и возможность применения традиционного ДВС для работы в полевых условиях. Робот сконструирован таким образом, что генератор вырабатывает нужную энергию для электродвигателей и имеет запас топлива на 24 ч. Машинным «зрением» работа руководит автопилот вместе с компьютером, ультразвуковым сканером, камерами бокового обзора.

"Глаза" робота дял борьбы с сорняками на полях

Рабочих камер, обеспечивающих так называемое машинное «зрение» и управляющих обработкой почвы, несколько: широкозахватная камера, узкозахватная и инфракрасная. Направление «зрения» всех трех направлено вниз, под «брюхо» работа, то есть в рабочую зону агрегата. По назначению широкозахватная камера обеспечивает создание предыдущей, динамической, картинки состояния почвы, также дает изображение сельскохозяйственной культуры вместе с сорняками. Узкозахватная камера нужна непосредственно для управления работой «молота» для «забивания» сорняков, а инфракрасная - для уточнения целевых объектов, что способствует четкой работе оборудования и избежанию разного рода ошибок.

Рассмотрим подробнее работу самого «молота». Он представляет собой подвижной штырь, выполненный из инструментальной стали небольшого диаметра (1 см) и установлен в съемном модуле. Работает с помощью электродвигателя и специального возвратно-поступательного ударного механизма. Сам по себе инструмент не представляет никакого интереса без компьютерного обеспечения и координации работы тем самым машинным «зрением». Главное, что удалось разработчикам, - это запрограммировать такое ​​полевое «оружие» на борьбу без ошибок: робот четко распознает определенные виды сорняков на поле и не наносит вреда нецелевым объектам. Есть, конечно, трудности в скорости работы при очень плотном покрытии поля сорняками. Робот при максимальной плотности сорняков может двигаться со скоростью до 9 см / с (или 32,4 км / ч). Для ускорения работы разработаны платформы с линейным размещением «молотов».

Ударный «молот» робота BoniRob по своей энергетике может «забить» сорняк в землю всего на 3 см. Сделано это специально с расчетом на создание благоприятной среды для перегнивания сорняков в прикорневом слое почвы, что принесет пользу культурным растениям, к тому же такая глубина действия «молота» не приведет почвенное уплотнение к более критичному для культуры уровню. Поэтому машинное «зрение» «молота» направлено на молодые побеги сорняков, которые робот определяет с помощью широкоугольной камеры по цвету, оттенку, форме их листовой пластинки. Однако робот может работать и с «взрослыми» сорняками - для этого запрограммировано замедление его скорости и целую серию ударов «молота» с высокой частотой - до 1/10 с. На фото показано внутреннюю часть модуля полезной нагрузки с маховиком «молота» (слева) и камерой с высоким разрешением (справа).

ochi robota

В пресс-релизе компании упоминается тестовый полигон с посевом моркови, растения которой были высеяны с плотностью не более 2 см друг от друга. В то же время сорняки имели плотность до 20 растений / м2. Считалось, что это достаточно сложные полигонные условия. Робот двигался с рабочей скоростью не более 3,7 см / с (13 км / ч). При этом ударная производительность «молота» составляла 1,75 растения сорняка в секунду (при максимальной плотности сорняков до 50 шт. / М2).

Общая схема работы приспособления для уничтожения сорняков понятна: во время проведения съемки камерой происходит общий анализ «картинки» на предмет идентификации сорняков по определенным признакам: их форме, строению, окраске, - которые заложены в память компьютера. После этого робот строит матрицу целей и анализирует цветовые характеристики сорняков, затем активирует «молот» и задает параметры цели для его работы (местоположение целевого объекта и наклон), и в конце концов последний проводит удар по мишени. Интересная и пока не понятная методика переноса координат с «картинки» в памяти компьютера в реальную рабочую зону «молота». Ведь они разные по своей сути: плоская «картинка» в «мозге» робота и неровное и покрытое растениями рабочее поле. К тому же это восприятие цели происходит при движении работа, поэтому накапливаются ошибки в работе «молота», которые обозначаются, как уже было сказано выше, горизонтальными и вертикальными смещениями, что, в свою очередь, обязывает работа корректировать свои настройки для обеспечения адекватной работы своего ударного инструмента.

Удаленная ферма

Идеология удаленной (дистанционной) фермы. Фирмы «Амазоне» и «Бош» после презентации сельскохозяйственного работа уделили внимание также идеологии использования таких устройств. Обе фирмы рассматривают сельское хозяйство недалекого будущего как информационное пространство, которое будет иметь обратную связь с фермером. То есть робот не только самостоятельно обрабатывает почву с растениями, но и собирает информацию о состоянии растительного покрова и определяет агрохимические характеристики почвы. Для этих целей у робота предусмотрено несколько сменных модулей узконаправленного научного характера: для отбора и анализа почвенных образцов, спектрального анализа флоры и тому подобное. Исходя из номенклатуры и количества сменных модулей, будет разработана и станция ​​техобслуживания для быстрой смены последних, которая будет располагаться вблизи места работы роботов.

На первых порах роботом должен управлять дистанционно оператор. Постепенно, по мере накопления баз данных по обработке полей, логистики и порядку использования оборудования, робот может абсолютно самостоятельно проводить агроприемы, отчитываясь об их выполнении дистанционно - с помощью, например, сети Wi-Fi. В таком случае робот не обязательно должен собирать и накапливать исходные данные - вся необходимая информация может быть заложена в программу. Построение такой информационной сети возможно, например, с участием дрона. То есть сначала проводят обследовательский облет территории поля, составляют технологическую карту, а затем загружают ее в программу работа и выводят его в поле.

 

М. Солоха, ст. наук. сотрудник ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского »

Интервью
Рейдерство - стихийный термин, который дословно означает «недружественный захват активов». В аграрной сфере чаще всего используются поддельные документы, а часто - в сочетании с тупой грубой силой. Почему рейдерство приобрело такое... Подробнее
Елена Березовська, президент общественного союза «Органическая Украина»
Общественная Союз производителей органических сертифицированных продуктов «Органическая Украина» был создан в 2012 году. Ее инициаторами стали шесть предприятий, которые производили молоко, бакалею,

1
0