Poľnohospodársky robot je špecializované zariadenie určené na vykonávanie rôznych úloh v poľnohospodárstve. V súčasnosti je jednou z kľúčových oblastí ich uplatnenia fáza zberu úrody. Roboty určené na zber ovocia, autonómne traktory či postrekovače, a dokonca aj roboty na strihanie oviec, sú vyvíjané s cieľom nahradiť manuálnu prácu.
Pri práci s týmito robotmi je často potrebné zohľadniť množstvo špecifických faktorov, ako napríklad veľkosť a farbu plodov určených na zber. Okrem zberu ovocia môžu byť roboty využité aj na ďalšie záhradnícke práce, ako je prerezávanie, odstraňovanie buriny, postrekovanie a monitorovanie rastlín. V oblasti chovu hospodárskych zvierat nachádzajú uplatnenie roboty pre automatické dojenie, umývanie či kastráciu.
Nasadenie robotov v poľnohospodárstve prináša celý rad výhod. Medzi hlavné patria vyššia kvalita čerstvých produktov, zníženie výrobných nákladov a redukcia potreby manuálnej pracovnej sily.
Konštrukcia a komponenty poľnohospodárskych robotov
Základná mechanická konštrukcia poľnohospodárskeho robota pozostáva z troch hlavných častí: koncového efektora, manipulátora a chápadla.
Manipulátor
Pri návrhu manipulátora je potrebné brať do úvahy viacero aspektov, vrátane špecifickej úlohy, ekonomickej efektívnosti a požadovaných pohybov. Manipulátor je mechanické zariadenie, ktoré umožňuje chápadlu a koncovému efektoru navigovať v pracovnom prostredí. Zvyčajne sa skladá z rovnobežných tyčí, ktoré udržiavajú požadovanú polohu a výšku pracovného nástroja. Manipulátor môže byť poháňaný jedným, dvoma alebo tromi pneumatickými aktuátormi. Pneumatické aktuátory sú motory, ktoré premieňajú stlačený vzduch na energiu, čím generujú lineárny alebo rotačný pohyb. Pre poľnohospodárske roboty sú často najefektívnejšou voľbou vďaka ich výhodnému pomeru výkonu k hmotnosti.
Koncový efektor
Koncový efektor je zariadenie umiestnené na konci robotického ramena, ktoré vykonáva špecifické poľnohospodárske operácie. Bolo vyvinutých niekoľko rôznych typov koncových efektorov, prispôsobených konkrétnym úlohám.
Pri zbere hrozna v Japonsku sa koncové efektory používajú na zber, preriedenie bobúľ, postrekovanie a balenie do vriec. Každý z nich je navrhnutý s ohľadom na povahu úlohy a tvar či veľkosť cieľového ovocia.
Príklady koncových efektorov pri zbere hrozna:
- Riedenie bobúľ: Koncový efektor pre túto operáciu pozostáva z hornej, strednej a dolnej časti. Horná časť obsahuje dve dosky a gumené prvky, ktoré sa môžu otvárať a zatvárať. Stlačením dosiek sa odstránia strapce hrozna. Stredná časť obsahuje dosku s ihličkami, tlačnú pružinu a ďalšiu dosku s otvormi, ktorá umožňuje prerazenie ihličkami cez hrozno.
- Postrekovanie: V tomto prípade sa koncový efektor skladá z rozprašovacej trysky pripevnenej k manipulátoru. Cieľom je zabezpečiť rovnomerné rozloženie chemickej kvapaliny po celej ploche rastlín.
- Balenie do vriec: Koncový efektor na balenie je vybavený podávačom vriec a dvoma mechanickými prstami. Podávač nepretržite podáva vrecia k prstom. Listové pružiny držia hornú časť vreca otvorenú. Po zberaní vrecko s hroznom prsty uvoľnia.
Chápadlo
Chápadlo je špecializované uchopovacie zariadenie slúžiace na zber plodín. Jeho dizajn je zvyčajne založený na jednoduchosti, nízkych nákladoch a vysokej účinnosti. Najčastejšie sa skladá z dvoch mechanických prstov, ktoré pri práci synchronizovane vykonávajú pohyby. Špecifické vlastnosti dizajnu chápadla závisia od konkrétnej úlohy, na ktorú je určené.
História a vývoj robotiky v poľnohospodárstve
Počiatky výskumu robotiky v poľnohospodárstve siahajú do 20. rokov 20. storočia, kedy sa začali formovať prvé snahy o automatické navádzanie poľnohospodárskych vozidiel. V období 50. a 60. rokov 20. storočia došlo k pokrokom v oblasti autonómnych poľnohospodárskych vozidiel, ktoré však stále vyžadovali káblové systémy na vedenie trasy.
Vývoj robotov v poľnohospodárstve pokračoval s pokrokom technológií v iných odvetviach. Zatiaľ čo priemyselné roboty sa v interiéroch využívali už desaťročia, vývoj vonkajších poľnohospodárskych robotov sa ukázal ako zložitejší.
Významnou výzvou v poľnohospodárstve je nedostatok pracovnej sily. Napríklad v Japonsku, vzhľadom na starnúcu populáciu, krajina nedokáže uspokojiť dopyt po poľnohospodárskych pracovníkoch. Podobné obavy existujú aj v súvislosti s rastúcou svetovou populáciou, ktorá bude v budúcnosti vyžadovať viac potravy.
Veľká časť súčasného výskumu sa zameriava na autonómne poľnohospodárske vozidlá. Hoci roboty už našli uplatnenie v mnohých oblastiach poľnohospodárskych prác, pri zbere rôznych plodín stále chýbajú. Táto situácia sa však začína meniť s vývojom robotov pre špecifickejšie úlohy.
Najväčšie obavy pri nasadzovaní robotov na zber plodín panujú pri mäkkých ovociach, ako sú jahody, ktoré sa ľahko poškodia. Napriek tomu sa v tejto oblasti dosahuje pokrok. Napríklad jeden zo zberačov jahôd, ktorý sa testuje na Floride, dokáže pozbierať 25-akrové pole za tri dni a nahradiť prácu približne 30 poľnohospodárskych pracovníkov.
Ďalším dôležitým cieľom pre poľnohospodárske spoločnosti je zhromažďovanie údajov. S rastúcimi obavami z rastúcej populácie a klesajúcej pracovnej sily sa zber dát vyvíja ako spôsob na zvýšenie produktivity na farmách.
Príklady a prototypy robotov v poľnohospodárstve
V poľnohospodárstve existuje mnoho oblastí uplatnenia robotov. Medzi príklady a prototypy patria:
- Robot Merlin na dojenie
- Rosphere
- Harvest Automation
- Orange Harvester
- Robot na zber šalátu
- Odstraňovač buriny
Dojacie roboty
Dojacie roboty sú príkladom rozsiahleho využitia robotiky v poľnohospodárstve. Sú veľmi bežné na britských mliečnych farmách vďaka svojej efektivite a absencii požiadaviek na presuny. Podľa Davida Gardnera, riaditeľa Kráľovskej poľnohospodárskej spoločnosti Anglicka, dokáže robot vykonať zložitú úlohu, ak je opakujúca sa a ak sa môže nehybne usadiť na jednom mieste.
Robotika v záhradníctve
Ďalšou oblasťou použitia je záhradníctvo. Robot RV 100 je určený na prepravu črepníkových rastlín v skleníkoch alebo vonkajších záhradníckych prevádzkach. Jeho funkcie zahŕňajú manipuláciu, organizáciu, rozmiestnenie, zber a konsolidáciu črepníkových rastlín.
Inovatívne riešenia pre zber ovocia
Spoločnosť Tecnofruit sídliaca v severozápadnom Taliansku sa zameriava na vývoj strojov na pestovanie, spracovanie a zber ovocia a hrozna. Ich najnovším prírastkom je samochodná plošina s elektrickým pohonom určená pre ovocné sady a vinohrady.
Tieto plošiny disponujú rôznymi funkciami, vrátane GPS systému pre poľnohospodárstvo 4.0, ktorý umožňuje sledovať polohu stroja, jeho stav, odpracované hodiny, stav batérie a ďalšie informácie. Môžu byť konfigurované s rôznym počtom poháňaných a riadiacich kolies.
Ovocie - učíme sa spoznávať ovocie | Video pre deti | Skooys
Abundant Robotics a autonómny zber jabĺk
Spoločnosť Abundant Robotics, spin-off spoločnosti SRI International, vyvíja autonómny systém na zber jabĺk s využitím vákuovej robotiky a strojového videnia. Tento systém je navrhnutý tak, aby šetrne a rýchlo zbieral ovocie, pričom minimalizuje poškodenie plodov.
Dan Steere, generálny riaditeľ spoločnosti Abundant Robotics, uvádza: „Zatiaľ čo výnosy ovocných sadov sa za posledné dve desaťročia výrazne zvýšili, produktivita práce nie. Naším cieľom je dodávať robotické systémy, ktoré uľahčia najťažšie práce v poľnohospodárstve. Prvý automatizovaný systém zberu jabĺk, ktorý nepoškodzuje ani nepoškodzuje úrodu, je obrovským prelomom v odvetví, ktoré je závislé od sezónnych pracovných problémov.“
Technika vákuového zberača sa ukazuje ako rýchlejšia a jednoduchšia na implementáciu v porovnaní s tradičnými chápadlami. Výzvou zostáva detekcia jabĺk skrytých za listami a konármi, ako aj zabezpečenie spoľahlivosti a nákladovej efektívnosti systému.
FFRobotics a ich prístup k zberu ovocia
Izraelská firma FFRobotics vyvíja stroj s rukoväťou s tromi prstami na uchopenie ovocia, jeho odtrhnutie a uloženie. Ich cieľom je vytvoriť stroj, ktorý dokáže pozbierať rôzne plodiny a zo stromov získať 85 až 90 percent úrody.
Pre regióny ako Washington, ktoré sa dlhodobo potýkajú s nedostatkom pracovných síl v poľnohospodárstve, predstavuje táto technológia potenciálne riešenie. Napriek obavám o dopad na zamestnanosť v poľnohospodárstve, mechanizácia sa stáva nevyhnutnosťou.
Fraunhoferov ústav a zber uhoriek
Nemecký Fraunhoferov ústav pre výrobné zariadenia a konštrukčnú techniku vyvíja robotov na zber uhoriek. Tieto roboty sú vybavené špeciálnymi chápadlami, taktilnými a optickými snímačmi a softvérom na identifikáciu zelených uhoriek v zelenom prostredí, vrátane tých skrytých pod listami.
Ústav skúma tri typy chápadiel: vákuové, bionické a špeciálne navrhnuté na uchopenie uhoriek.
Digitalizácia a automatizácia v poľnohospodárstve
Holandsko je v oblasti digitalizácie a automatizácie v poľnohospodárstve lídrom, ale aj iné krajiny, vrátane Slovenska, začínajú meniť svoj prístup a hľadajú efektívnejšie spôsoby práce. Technologické firmy prenášajú riešenia z priemyslu do poľnohospodárskej produkcie.
Fravebot: Inovatívne riešenia pre skleníky
Spoločnosť Fravebot, v spolupráci s farmou Raječek, vyvíja roboty pre skleníkové pestovanie. Ich cieľom je poskytnúť farmárom nástroje na monitorovanie a zber plodín s vysokou presnosťou.
Robot FRAVEBOT Scout monitoruje zdravie rastlín, plodov a ich zrelosť, zatiaľ čo robot FRAVEBOT Harvestor pomáha so zberom. Tieto roboty využívajú pokročilé technológie Siemens, vrátane riadiaceho systému SIMATIC S7-1500 a modulu TM NPU (neural processor unit).
Unikátnou vlastnosťou riešenia Fravebot je tréning robota v prostredí digitálneho dvojčaťa. Tento prístup umožňuje simulovať procesy a neurónové siete robota pred jeho fyzickou výrobou, čím sa výrazne urýchľuje vývoj a znižujú náklady.
Matěj Sklenář z farmy Raječek zdôrazňuje prínosy: „S analytickým robotom sme však teraz schopní v našom fóliovníku s rozlohou 1 ha poskytnúť všetkým 30 tisícom rastlín starostlivosť na úrovni jednej rastliny.“ Okrem toho sa výrazne zvýšili výnosy a kvalita vďaka okamžitému a lokálnemu zásahu pri detekcii škodcov, čo vedie k zníženiu spotreby pesticídov.
Spolupráca s technologickými gigantmi
Spoločnosť Siemens poskytuje pre projekty Fravebot technológie, ktoré prepojujú fyzický svet s digitálnym. Vďaka platforme Siemens Xcelerator je zákazníkom k dispozícii kompletné riešenie, ktoré kombinuje technológie Siemens, grafické mikroprocesory Nvidia a softvér od Fravebotu.
Nová generácia robotov FRAVEBOT je vybavená 5G smerovačom Scalance MUM856-1, ktorý umožňuje reálny prenos videa do centrálneho riadiaceho systému, a knižnicou RobotLibrary, ktorá zjednodušuje programovanie a riadenie robota.