轻型机器人收获黄瓜

汽车行业等自动化密集型行业并不是唯一依赖机器人的行业。在越来越多的农业环境中,自动化系统正在取代繁重的手工劳动。作为欧盟CATCH项目的一部分,弗劳恩霍夫生产系统和设计技术研究所IPK正在开发和测试用于自动收获黄瓜的双臂机器人。这种轻量级解决方案有可能使作物种植在德国具有商业可行性。

在德国,用于腌制罐子的黄瓜是在“黄瓜传单”的帮助下手工采摘的 - 带有翼状附件的农用车辆。季节性工人趴在车辆的翅膀上,采摘成熟的黄瓜。这种劳动密集型和能量消耗型的人工采伐越来越不合算。此外,自德国实行最低工资以来,每单位收获成本上升。因此,该国许多农业区域面临着不确定的未来;黄瓜种植已经开始迁移到东欧和印度。因此迫切需要改进收获技术以维持德国黄瓜种植的经济可行性。来自柏林Fraunhofer IPK的专家以及其他德国和西班牙研究人员,正在研究欧盟项目CATCH范围内黄瓜收获自动化的潜力,该项目代表“黄瓜聚集 - 绿色田间试验”。项目合作伙伴包括德国莱布尼茨农业工程和生物经济研究所以及西班牙CSIC-UPM自动化与机器人技术中心(CAR)。

CATCH研究人员希望开发和测试由廉价轻质模块组成的双臂机器人系统。最终目标:该系统可用于自动化黄瓜养殖和其他农业应用。机器人拾取器必须具有成本效益,高性能和可靠性。即使在恶劣天气下,它也需要能够首先识别成熟的黄瓜,然后使用它的两个夹臂轻轻地挑选和储存它们。为此,先进的控制方法为机器人提供了触觉感知,使其能够适应环境条件。这些方法还使双臂机器人系统能够模仿人体运动。研究人员希望确保机器人不会损坏作物 - 或将它们和根部拉出土壤。但这还不是全部。

成功率高

设计能够进行光学和触觉传感,评估和评估的自动系统是一项相当大的挑战。只有黄瓜收获才能解决这个挑战:机器人必须识别被绿色环境掩盖的绿色物体。此外,黄瓜随机分布在整个田地中,有些被植被隐藏。不同的光线条件使得任务变得更加困难。应该可以使用多光谱相机和智能图像处理来帮助定位黄瓜并引导机器人的抓手臂将它们拔出。CATCH项目的这一部分由西班牙项目合作伙伴CSIC-UPM监督。一个特殊的摄像系统有助于确保机器人检测并找到大约95%的黄瓜,这是一个令人印象深刻的成功率。当然,目标是,是推进技术,以便机器人采摘所有成熟的黄瓜,以促进新的成长。Fraunhofer IPK基于科隆igus GmbH开发的硬件模块开发了具有五个自由度的机器人手臂。

寻找人类的灵感

IPK项目专家的任务是开发三种夹具原型:基于真空技术的夹具,一组仿生夹爪(FinRay®)和基于OpenBionics机器人手的定制“黄瓜手”。他们依赖于之前欧洲研究项目中获得的见解,他们开发了一种双臂机器人控制系统,为Workerbot I提供了高效的面向任务的编程 - 一种能够进行工业装配的人形机器人。来自IPK的项目专家正在加强该系统,以便它可以计划,编程和控制机器人收获黄瓜的行为。这些预编程的行为模式使得双向搜索成为可能,这意味着机器人可以像人类一样寻找黄瓜。Fraunhofer IPK的科学家Dragoljub Surdilovic博士解释说:“机器人可以,例如,使用对称或不对称运动,或一致和不一致的运动将叶子推向一侧。因此,它可以自动改变方向,接近然后抓住黄瓜。“研究人员的目标是创建一个能够做出判断调用的智能控制系统:将某个任务分配给某个抓手臂,监控黄瓜挑选和处理异常。

2017年7月,莱布尼茨农业工程和生物经济研究所使用各种类型的黄瓜在其测试现场对机器人系统进行初步现场测试。该研究所还测试了收获新型黄瓜的特点,使其更容易挑选。简而言之,第一轮测试验证了基本功能。自2017年秋季以来,项目合作伙伴一直在莱布尼兹研究所温室进行额外测试。研究人员特别渴望仔细研究干扰或故障影响系统效率和稳健性的程度。一旦轻型机器人的测试完成,项目合作伙伴将努力使其具有商业可行性。公司,黄瓜农民和农业协会对双臂机器人表现出相当大的兴趣。2017年11月,CATCH项目在全球领先的农业技术贸易展览会Agritechnica向公众展示。德国农业协会(DLG eV)在其Agritechnica展台展出了该机器人,引起了农业专家和众多公司的热烈反馈。