农业机器人的未来

编写人: 保罗范宁|出版日期:

自动化和机器人技术正日益成为许多行业的热门解决方案,农业也不例外,一些最近展示的英国技术表明了这一点。

每个园丁都知道杂草带来的问题。他们扼杀你选择的植物,从土壤中获取宝贵的养分,使收获任何作物难以置信的困难。这就是为什么我们这么多人花了很长时间在各种各样的园艺工具上,与这些不受欢迎的游客进行无休止的斗争。

当然,在大规模农业方面,用泥铲铲几小时并不能真正完成这项工作,这就是为什么农民每年要花费数十亿美元购买旨在解决这一问题的除草剂。当然,除草剂曾经而且是极其有效的,没有它们,现代农业就不可能达到这样的水平。但他们也有自己的问题。

首先,除草剂从本质上说是一种不加选择的解决问题的方法。为了有效,它们必须到处喷洒,这就不可避免地意味着大量的杀虫剂被浪费了,因为它们没有喷洒在设计用来杀死的杂草上。其结果是,根据哈珀-亚当斯大学的研究,每年有多达96%的化学输入用来杀死杂草,每年都会消耗全球数十亿的工业。

它们滥杀滥伤的性质也意味着,除草工人无法区分“好”杂草和“坏”杂草,而是同时杀死它们。这是不幸的,因为一些杂草,如三叶草,可以帮助'固定'土壤中的氮,确保它仍然是一个良好的生长介质。

最后,除草剂的一个大问题是植物对除草剂产生了抗药性,这意味着一场长期而昂贵的“军备竞赛”成为使除草剂技术领先于植物进化的必要条件。“黑草”就是一个例子,它是一种原产于英国的一年生杂草,主要分布在英格兰南部和东部的谷类种植区。它很少出现在耕地以外,在冬季作物中最为丰富。一些黑草种群对一些广泛使用的杀草剂产生了抗药性,这导致了传统农场杂草的增加。这不仅会影响谷物产量,而且黑草也会受到麦角菌(Claviceps purpurea)的影响,这会导致谷物在收获时受到污染。这种真菌是感染小麦的同一菌株。目前,这一问题每年给英国农业造成约4亿英镑的收入损失,预计在未来十年内,这一数字将超过10亿英镑,因为除草剂抗性一直在增加。

解决这一问题的一个办法是所谓的“单株”农业,它寻求更具歧视性的解决办法。其中之一是由总部位于英国的农业科技初创企业小型机器人公司提供的,该公司已经公布了这一领域的一些发展。

小型机器人公司联合创始人萨姆·沃森·琼斯。”我们从一个前提出发,那就是必须有一个更好、更聪明、更少浪费的方法来做这件事。这就是为什么我们最近的工作如此令人兴奋,”他说。

SRC的原型负责人安迪·霍尔(Andy Hall)对此表示赞同,他说:“我们真正关注的是单独种植植物——单独处理每种植物和每种杂草。”这项工作采用了世界上第一个非化学除草机器人的形式,这种机器人可以在单个植物的水平上消灭杂草,使其成为一种令人兴奋的、低影响的农业技术,目前必要的覆盖式喷洒除草剂会造成昂贵的浪费,对环境造成有害影响。此外,除草剂和土壤压实造成的土壤退化降低了作物产量。小型机器人公司与主要合作伙伴igus和Rootwave展示了世界上第一个自动驾驶机器人,它可以通过一个专门的“灭草器”装置利用电来识别和杀死杂草。

这台名为“迪克”的轮式除草机器人配备了伊格斯的三角洲机器人手臂,利用人工智能(AI)和视觉技术成功识别出个别杂草,并于今年4月在汉普郡东蒂瑟利举行的一次媒体活动上对其进行了扑杀。zapper末端执行器由Rootwave提供。小型机器人公司(SRC)已经开发了三种用于农业应用的机器人变体——汤姆、迪克和哈里。万博登录手机登录

领先的运动塑料公司igus的delta机器人,在工业上通常用于拾取和放置操作,使用一个集成的电机和编码器,与Dick机器人的主控制器相连,操纵zapper就位。三个伊格斯三角洲武器安装在每个迪克可以同时消灭杂草。

由于重量轻、精度高、成本低,igus被选为delta机器人的首选制造商。许多与之竞争的delta机器人的价格高达20000英镑,而igus delta的价格约为5000英镑,是igus低成本自动化部门研发应用的一部分,但拥有适合商业规模扩大的强大工程。

SRC是英国政府超过100万英镑赠款的受益者。其中包括80万英镑的拨款,用于“威尔玛”人工智能杂草识别和“汤姆”杂草绘图技术。这是2018年根据英国创新计划(Innovate UK)获得的最大单笔农业科技拨款之一。

总的来说,SRC迄今已获得超过250万英镑的融资,其中包括之前的Crowdcube募资120万英镑,以及超过100万英镑的英国政府补助金。其中包括80万英镑的拨款,用于“威尔玛”人工智能杂草识别和“汤姆”杂草绘图技术。这是2018年根据英国创新计划(Innovate UK)获得的最大单笔农业科技拨款之一。

同样在这次活动中,“汤姆”监控机器人使用专有的威尔玛人工智能(Wilma artificial intelligence,AI)扫描田间杂草斑块,用以定义“迪克”的路径。然后,迪克被派去万博登录手机登录“寻找并摧毁”,迪克机器人现在可以同时识别一块地上的杂草并杀死它们。

这两个机器人的方法演示了SRC的“端到端服务”模型,使用多个机器人和人工智能协同工作,在工厂层面扫描现场,然后采取行动。此外,SRC和igus正在研究不同的行动,例如,Tom和Dick可以再次联合起来进行点滴喷洒、点滴施肥或杀蛞蝓。

igus-delta机器人的部件和控制系统是除草行动的关键,在除草行动中,易用性和成本是至关重要的。首先,delta单元由标准drylin零件制成,使装配简单且成本低。他们已经过彻底的现场测试,以确保他们应付湿泥和水飞溅。

步进电机与控制器相连,帮助三角洲机器人直接定位在杂草上。电机有编码器,这有助于三角洲知道什么位置,与良好的工业协议,使他们很容易编程。SRC的机器人,即迪克的、主控制器和AI与igus电机控制器“对话”,使机器人的位置与三角臂同步,形成闭环监控系统。

igus的低成本自动化工程师Angelos Bitivelias曾与大学和工业公司合作开发delta机器人,用于水果采摘等应用,因此他带来了igus delta如何在除草应用中得到最佳改造的知识。

安杰洛斯说:“迪克机器人移到一边,一个摄像头拍下杂草的照片,人工智能识别出它是一种杂草,然后人工智能决定在哪里消灭它。”三角形的运动学使其非常适合末端执行器,皮带驱动意味着挡板始终与地面平行。”

delta和igus部件的一个基本特征是无润滑。像皮带传动和轴承这样的润滑运动部件可能会在泥泞的田地里被土壤和水堵塞,但igus聚合物和部件的设计是干运行的。

精度也是一个很强的特点。”“我们所达到的里程碑是,我们现在可以在工厂层面采取行动,”安迪·霍尔说利用人工智能,机器人可以识别[摄像机]镜头中的杂草,并将机械臂对准这些杂草。那时候我们可以做任何我们想做的事。我们的机器人平台结合了igus手臂,可以采用多种不同的技术,而世界上最大的牡蛎就是基于这一点。”事实上,这种解决方案的精确性使得该系统能够将三叶草与其他更有害、更有害的杂草区分开来。

伊格斯英国公司董事总经理马修·奥尔德里奇说:“伊格斯三角洲机器人的经济性、精度、耐用性和可靠性非常适合这种新型农业应用。”由于三角洲是轻量级和低成本的,它为这些机器人在移动应用中的应用开辟了新的机会,证明了在恶劣的户外环境中的一项新技术。Igus正计划与SRC合作开发新的工业应用,在这些应用中,需要对农场和潜在的其他场景采取精确和低影响的行动。”

SRC首席执行官兼联合创始人本•斯科特•罗宾逊(benscott Robinson)表示:“为了证明单株种植的威力,我们致力于解决农民目前面临的最大问题,那就是除草。”我们现在已经证明,我们可以提供每株除草:世界第一。我们现在的重点是能够向前推进,以反复、大规模地实现这一目标。这将改变游戏规则。”


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