АГРОРОБОТОТЕХНИКА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙТВЕННЫХ ЗАДАЧ: ПРИМЕНЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

AGRICULTURAL ROBOTICS FOR FARMING TASKS: APPLICATIONS AND PROSPECTS

Igor Pereladov

student, Department of Robotics and Mechatronics, Moscow State Technological University "STANKIN",

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Агроробототехника нацелена на трансформацию традиционных методов ведения сельского хозяйства, предоставляя фермерам мощные инструменты для автоматизации и оптимизации производственных процессов. В статье рассмотрены перспективы и примеры применения роботов в сельскохозяйственном секторе.

ABSTRACT

Agricultural robotics aims to transform traditional farming methods by providing farmers with powerful tools for automating and optimizing production processes. The article explores the prospects and examples of using robots in the agricultural sector.

Ключевые слова: агроробототехника; агроробот; сельское хозяйство.

Keywords: agrorobotics; agrorobot; agriculture.

Главной целью агроробототехники является повышение эффективности производства, оптимизация использования ресурсов и снижение воздействия на окружающую среду. Роботы в сельском хозяйстве могут выполнять различные задачи, такие как посев, уборка урожая, обработка почвы, контроль состояния растений и другие аспекты, связанные с сельскохозяйственным производством. Агророботы призваны содействовать созданию более эффективной, устойчивой и интеллектуальной системы сельского хозяйства.

Причины актуальности агроробототехники для сельскохозяйственных задач:

• Оптимизация производства: в условиях растущего мирового населения и увеличивающегося спроса на продукты питания, агроробототехника предоставляет средства для увеличения объёмов производства и обеспечения продовольственной безопасности;
• Экономия ресурсов: агророботы способны рационально использовать воду, удобрения и химические вещества, что не только экономит ресурсы, но и снижает негативное воздействие на окружающую среду.
• Сокращение трудозатрат: автоматизация сельскохозяйственных процессов снижает зависимость от человеческого труда, освобождая фермеров от монотонных и физически тяжелых операций;
• Точное земледелие: агророботы оснащены современными технологиями, обеспечивая точное земледелие, адаптированное к индивидуальным потребностям каждого участка;
• Увеличение конкурентоспособности: фермеры, интегрирующие агророботов, становятся более конкурентоспособными на рынке, благодаря повышению эффективности;
• Исследования и инновации: развитие агроробототехники стимулирует научные исследования в области сельского хозяйства, создавая новые возможности для улучшения сельскохозяйственной практики.

Рассмотрим несколько конкретных примеров применения робототехнике в сельском хозяйстве.

Agrobot SW 6010

Agrobot SW 6010 - это робототехнический комплес для сбора ягод, оснащённый набором манипуляторов (рис. 1), движения которых управляются системой, анализирующей каждый плод по отдельности и отвечающей за выдачу правильных движений резки, обеспечивающих точность, плавность и бережное обращение с клубникой [1]. Это возможно благодаря системе технического зрения, которая в реальном времени проводит анализ плода для идентификации и выбора его на основе размера, цвета, внешнего качества и степени зрелости в соответствии с качественными стандартами, ранее установленными фермером.

Рисунок 1. Agrobot SW 6010

Схватом манипуляторов является своеобразная корзина с резиновым покрытием и тонкими круглыми пластинами в качестве лезвий для удаления плода с хвостика (рис. 2).

Рисунок 2. Схват для работы с ягодами

Манипуляторы модульные и легко заменяемы в случае повреждения или неисправности, что вызывает минимальные задержки в процессе сбора урожая. После сбора клубники ягоды размещаются на конвейерной ленте и перемещаются в зону упаковки, состоящую из двух эргономических рабочих станций, где операторы могут упаковывать плоды. Комбайн SW 6010 с полным приводом оборудован моторами высокой эффективности и низким потреблением топлива, двигателями Lombardini Diesel мощностью 28,5 л.с., изолированными для снижения шума и вибрации. Agrobot SW 6010 оснащён навигационной системой, объединяющей систему наведения и автоматического управления, обеспечивающую полностью независимое управление основными функциями комбайна. Система обеспечивает параллельные проходы по грядкам и идеальные маневры при обработке крайних рядов грядок. Для транспортировки РТК, например, в другую теплицу или часть фермы используется ручное управление.

Weeder от Carbon Robotics

Weeder – это четырехколесный мобильный робот, разработанный для борьбы с сорняками (рис. 3). Робот весит 4300 кг, использует GPS и компьютерное зрение, чтобы перемещаться по посевам в поисках сорняков [2]. Он оснащен суперкомпьютером и камерами высокого разрешения для выявления нежелательных растений, а также восьмью одновременно работающими лазерами мощностью 150 Вт, которые уничтожают их с помощью тепловой энергии, воздействуя на их меристемы.

Рисунок 3. Робот Weeder

Мобильный робот Weeder может уничтожать до 100 000 сорняков в час с помощью лазеров. Машина работает на дизельном топливе и может работать круглосуточно, обрабатывая от 15 до 20 акров (от 6 до 8 Га) в день, в то время как ее лазеры оставляют окружающую почву нетронутой, чтобы сохранить её микробиологию. Компания позиционирует свою автономную прополку как экономичное решение для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, особенно для производителей, выращивающих органические продукты, и тех, кто применяет методы регенеративного земледелия для обеспечения долгосрочного здоровья своей почвы.

Ladybird (Австралия).

Робот Ladybird (рис.4) - это автономный сельскохозяйственный робот, разработанный командой инженеров из Австралии [3]. Робот предназначен для выполнения различных задач на фермах, включая выявление и борьбу с вредителями, мониторинг урожая и выявление дефицита питательных веществ. Уникальность робота заключается в том, что он спроектирован для работы ночью, когда большинство других сельскохозяйственных роботов не используется. Это позволяет Ladybird выполнять задачи, которые недоступны другим сельскохозяйственным роботам, а также быстро охватывать большие площади ночью.

Рисунок 4. Робот Ladybird

Ladybird работает на солнечных батареях с возможностью хранения избыточной энергии в аккумуляторе, что позволяет ему использовать солнечную энергию ночью. Разработчики считают, что эта стратегия постепенно станет общепринятой с улучшением солнечных батарей в будущем. Данная технология позволяет роботу Ladybird работать ночью, что в традиционном сельском хозяйстве невозможно. Робот Ladybird также оснащен искусственным интеллектом и камерами, позволяющими ему в реальном времени определять здоровье растений. У робота также есть манипулятор, который можно использовать для удаления вредителей с растений и выполнения задач, таких как сбор фруктов или овощей. Робот оснащен специализированным оборудованием для выполнения задач сбора и обрезки. У него также есть потенциал использоваться для других задач, таких как взятие проб почвы и составление карты местности. Кроме того, его энергопитание осуществляется с помощью солнечных батарей, что делает его экологически чистым.

В современном сельском хозяйстве робототехника активно внедряется для оптимизации трудоёмких процессов. Рассмотренные в данной статье примеры сельскохозяйственных роботов представляют собой важные шаги вперёд в развитии сельскохозяйственных технологий. Однако, несмотря на значительные преимущества, существуют некоторые проблемы, которые требуют внимания. Прежде всего, стоит отметить высокую стоимость внедрения сельскохозяйственных роботов, что может стать препятствием для малых фермерских хозяйств. Также существуют технические вызовы, такие как необходимость борьбы с изменчивыми условиями окружающей среды, адаптацией к различным типам почвы и растений. Кроме технических и экономических вызовов, внедрение сельскохозяйственных роботов может столкнуться с социальными проблемами, в том числе с возможным недовольством из-за потери рабочих мест. Для успешного развития сельскохозяйственных роботов следует активно работать над снижением их стоимости, повышением эффективности и надёжности. Важным направлением является разработка более гибких и интеллектуальных систем, способных адаптироваться к разнообразным условиям работы. Одновременно с этим, значительное внимание необходимо уделить исследованиям в области энергоэффективности сельскохозяйственных роботов. Развитие более эффективных источников питания, использование солнечных батарей, а также оптимизация расхода энергии при выполнении конкретных задач позволят увеличить автономность роботов. Стимулирование междисциплинарного взаимодействия между инженерами, агрономами и специалистами по информационным технологиям способствует созданию более эффективных и целенаправленных сельскохозяйственных решений. В целом, несмотря на вызовы, использование сельскохозяйственных роботов предоставляет уникальные возможности для увеличения производительности и улучшения устойчивости сельского хозяйства. Постоянное развитие технологий и систематическое решение возникающих проблем позволит максимально раскрыть потенциал сельскохозяйственных роботов и сделать их неотъемлемой частью современного сельского хозяйства.

Список литературы:

1. Agrobot SW 6010 Strawberry Harvester [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.designitives.com/2013/06/agrobot-strawberry-harvester.html (дата обращения 13.07.24.)
2. Autonomous Weeder robot uses lasers to take out 100,000 plants an hour [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://newatlas.com/robotics/autonomous-weeder-robot-uses-lasers/ (дата обращения 14.07.24.)
3. An Overview of the Ladybird Farming Robot [Электронный ресурс] - Режим доступа:  https://www.aiplusinfo.com/blog/an-overview-of-the-ladybird-farming-robot/ (дата обращения 16.07.24.)