ربات کشاورزی

ربات کشاورزی (Agricultural robots or agbot) رباتی با کاربردهایی در کشاورزی است. مهمترین کاربرد حال حاضر این رباتها برداشت محصول می‌باشد. با ظهور بیشتر رباتها و پهپادها، کاربردهای بیشتری مانند کنترل علفهای هرز، باروری ابرها، کاشت دانه‌ها، برداشت محصول، نظارت محیطی و آنالیز خاک به این حیطه اضافه گردیده‌است.

بندانگشتی|تراکتور بدون راننده "اورالت-۲۲۴" در نمایشگاه "آرمیا ۲۰۲۰"

ربات کشاورزی یا ربات زراعی به رباتی گفته می‌شود که برای اهداف کشاورزی به کار گرفته می‌شود. امروزه اصلی‌ترین حوزه کاربرد ربات‌ها در کشاورزی، در مرحله برداشت محصول است. کاربردهای نوظهور ربات‌ها یا پهپادها در کشاورزی شامل کنترل علف‌های هرز، کاشت بذر، برداشت محصول، پایش محیطی و تحلیل خاک می‌شود. بر اساس گزارش تحقیقات بازار تأییدشده، پیش‌بینی می‌شود بازار ربات‌های کشاورزی تا سال ۲۰۲۵ به ۱۱٫۵۸ میلیارد دلار برسد.

 کلیات 

ربات‌های چیدن میوه، تراکتورها/سمپاش‌های بدون راننده و ربات‌های پشم‌چینی گوسفند برای جایگزینی نیروی کار انسانی طراحی شده‌اند. در بیشتر موارد، عوامل زیادی (مانند اندازه و رنگ میوه‌ای که باید چیده شود) باید قبل از شروع یک کار در نظر گرفته شوند. ربات‌ها می‌توانند برای سایر وظایف باغداری مانند هرس، وجین، سمپاشی و غیره استفاده شوند. علاوه بر وظیفه فیزیکی، بسیاری از ربات‌ها ممکن است حسگرهایی داشته باشند که داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که ممکن است بعداً برای نظارت بر جنبه‌های مختلف محصول، مانند سلامت آن، کنترل آفات و بیماری‌ها و غیره استفاده شوند.

ربات‌ها همچنین می‌توانند در کاربردهای دامداری (رباتیک دامی) مانند دوشش خودکار، شستشو و اخته کردن استفاده شوند. چنین ربات‌هایی مزایای زیادی برای صنعت کشاورزی دارند، از جمله کیفیت بالاتر محصولات تازه، هزینه‌های تولید کمتر و کاهش نیاز به نیروی کار دستی. همچنین می‌توان از آن‌ها برای خودکارسازی وظایف دستی، مانند سمپاشی علف‌های هرز استفاده کرد، جایی که استفاده از تراکتورها و سایر وسایل نقلیه operated توسط انسان برای اپراتورها بسیار خطرناک است.

 طراحی‌ها 

به طور کلی، طراحی مکانیکی شامل یک اند افکتور، مانیپولاتور و گیرنده می‌شود. عوامل متعددی باید در طراحی مانیپولاتور در نظر گرفته شوند، از جمله وظیفه، کارایی اقتصادی و حرکات مورد نیاز. با این حال، طراحی ربات‌های کشاورزی به اندازه اهدافی که خدمت می‌کنند متنوع است. برای مثال، طراحی رباتی که علف‌کش پخش می‌کند، کمی با رباتی که گاوها را می‌دوشد مشترک دارد.

 اند افکتور 
یک اند افکتور در ربات، وسیله‌ای است که در انتهای بازوی رباتیک یافت می‌شود و برای عملیات مختلف کشاورزی استفاده می‌شود. چندین نوع مختلف از اند افکتورها توسعه یافته‌اند. در یک عملیات کشاورزی مربوط به انگور در ژاپن، اند افکتورهایی برای برداشت، نازک‌کردن توت‌ها، سمپاشی و بسته‌بندی توسعه یافتند. طراحی‌های زیر، اگرچه در آزمایشگاه و آزمایش‌های مزرعه کارآمد ثابت شده‌اند، هنوز به صورت تجاری applied نشده‌اند.

هر اند افکتور با توجه به ماهیت کار و شکل و اندازه میوه هدف طراحی شد. برای مثال، اند افکتورهای مورد استفاده برای برداشت برای گرفتن، برش و هل دادن خوشه‌های انگور طراحی شده بودند.

نازک کردن توت عملیات دیگری است که روی انگورها انجام می‌شود و برای افزایش ارزش بازار انگورها، افزایش اندازه انگورها و تسهیل فرآیند خوشه‌بندی استفاده می‌شود. برای نازک کردن توت، یک اند افکتور از یک قسمت بالایی، میانی و پایینی تشکیل شده است. قسمت بالایی دارای دو صفحه و یک لاستیک است که می‌تواند باز و بسته شود. دو صفحه انگورها را فشرده می‌کنند تا شاخه‌های محور خوشه را قطع کرده و خوشه انگور را استخراج کنند. قسمت میانی شامل یک صفحه از سوزن‌ها، یک فنر فشاری و صفحه دیگری است که سوراخ‌هایی در سطح خود دارد. وقتی دو صفحه فشرده می‌شوند، سوزن‌ها از میان انگورها سوراخ ایجاد می‌کنند. سپس، قسمت پایینی دارای یک دستگاه برش است که می‌تواند خوشه را برای استاندارد کردن طول آن ببرد.

برای سمپاشی، اند افکتور شامل یک نازل اسپری است که به یک مانیپولاتور متصل شده است. در عمل، تولیدکنندگان می‌خواهند مطمئن شوند که مایع شیمیایی به طور یکنواخت در سراسر خوشه توزیع شده است. بنابراین، طراحی با حرکت نازل با سرعت ثابت و حفظ فاصله از هدف، توزیع یکنواخت مواد شیمیایی را ممکن می‌سازد.

آخرین مرحله در تولید انگور، فرآیند بسته‌بندی است. اند افکتور بسته‌بندی با یک فیدر بسته و دو انگشت مکانیکی طراحی شده است. در فرآیند بسته‌بندی، فیدر بسته از شکاف‌هایی تشکیل شده است که به طور مداوم بسته‌ها را در حرکتی بالا و پایین به انگشتان می‌رسانند. در حالی که بسته به انگشتان تغذیه می‌شود، دو فنر برگ که در انتهای بالایی بسته قرار دارند، بسته را باز نگه می‌دارند. بسته‌ها برای قرار دادن انگورها در خوشه‌ها تولید می‌شوند. هنگامی که فرآیند بسته‌بندی کامل شد، انگشتان باز شده و بسته را رها می‌کنند. این کار فنرهای برگ را می‌بندد، که بسته را مهر و موم کرده و از باز شدن مجدد آن جلوگیری می‌کند.

 گیرنده 
گیرنده ربات یک وسیله گرفتن است که برای برداشت محصول هدف استفاده می‌شود. طراحی گیرنده بر اساس سادگی، هزینه کم و اثربخشی است. بنابراین، طراحی معمولاً شامل دو انگشت مکانیکی است که هنگام انجام کار خود قادر به حرکت همزمان هستند. جزئیات طراحی به کاری که انجام می‌شود بستگی دارد. برای مثال، در روشی که نیاز به برش گیاهان برای برداشت داشت، گیرنده به یک تیغه تیز مجهز شد.

 مانیپولاتور 
مانیپولاتور به گیرنده و اند افکتور اجازه می‌دهد تا در محیط خود حرکت کنند. مانیپولاتور از پیوندهای موازی چهار میله‌ای تشکیل شده است که موقعیت و ارتفاع گیرنده را حفظ می‌کند. مانیپولاتور همچنین می‌تواند از یک، دو یا سه عملگر پنوماتیک استفاده کند. عملگرهای پنوماتیک موتورهایی هستند که با تبدیل هوای فشرده به انرژی، حرکت خطی و دورانی تولید می‌کنند. عملگر پنوماتیک به دلیل نسبت توان به وزن بالای آن، مؤثرترین عملگر برای ربات‌های کشاورزی است. مقرون به صرفه‌ترین طراحی برای مانیپولاتور، پیکربندی عملگر تکی است، اما این گزینه کمترین انعطاف را دارد.

 توسعه 

اولین توسعه رباتیک در کشاورزی به اوایل دهه ۱۹۲۰ بازمی‌گردد، زمانی که تحقیقات برای ادغام راهنمایی خودکار وسیله نقلیه در کشاورزی آغاز به شکل‌گیری کرد. این تحقیق منجر به پیشرفت‌های بین دهه‌های ۱۹۵۰ و ۶۰ در وسایل نقلیه کشاورزی خودکار شد. با این حال، این مفهوم کامل نبود، زیرا وسایل نقلیه هنوز به یک سیستم کابل برای هدایت مسیر خود نیاز داشتند. ربات‌ها در کشاورزی با توسعه فناوری‌ها در سایر بخش‌ها به توسعه خود ادامه دادند. تا دهه ۱۹۸۰، پس از توسعه کامپیوتر، راهنمایی بینایی ماشین ممکن شد.

سایر توسعه‌ها در طول سال‌ها شامل برداشت پرتقال با استفاده از یک ربات در فرانسه و ایالات متحده بود.

در حالی که ربات‌ها برای دهه‌ها در محیط‌های صنعتی سرپوشیده گنجانده شده‌اند، ربات‌های فضای باز برای استفاده در کشاورزی پیچیده‌تر و دشوارتر برای توسعه در نظر گرفته می‌شوند. این به دلیل نگرانی‌های ایمنی، بلکه به دلیل پیچیدگی چیدن محصولات تحت تأثیر عوامل محیطی مختلف و غیرقابل پیش‌بینی است.

 تقاضا در بازار 
نگرانی‌هایی در مورد میزان نیروی کار مورد نیاز بخش کشاورزی وجود دارد. با جمعیت سالخورده، ژاپن قادر به برآوردن تقاضای بازار کار کشاورزی نیست. به طور مشابه، ایالات متحده در حال حاضر به تعداد زیادی کارگر مهاجر وابسته است، اما بین کاهش کارگران مزرعه فصلی و افزایش تلاش‌های دولت برای توقف مهاجرت، آن‌ها نیز قادر به برآوردن تقاضا نیستند. مشاغل اغلب مجبور می‌شوند محصولات را به دلیل عدم توانایی در چیدن همه آن‌ها تا پایان فصل بپوسانند. علاوه بر این، نگرانی‌هایی در مورد جمعیت رو به رشدی وجود دارد که در سال‌های آینده نیاز به تغذیه دارند. به همین دلیل، تمایل زیادی برای بهبود ماشین‌آلات کشاورزی برای مقرون به صرفه‌تر و قابل دوام کردن آن برای استفاده ادامه‌دار وجود دارد.

 کاربردها و روندهای فعلی 
بسیاری از تحقیقات فعلی به سمت وسایل نقلیه کشاورزی خودکار ادامه می‌یابد. این تحقیق بر اساس پیشرفت‌های انجام شده در سیستم‌های کمک راننده و خودروهای خودران است.

در حالی که ربات‌ها قبلاً در بسیاری از مناطق کار مزرعه کشاورزی گنجانده شده‌اند، هنوز تا حد زیادی در برداشت محصولات مختلف отсут دارند. این با توسعه ربات‌هایی توسط شرکت‌ها برای انجام وظایف خاص‌تر در مزرعه شروع به تغییر کرده است. بزرگترین نگرانی در مورد ربات‌های برداشت محصول، برداشت محصولات نرم مانند توت فرنگی است که به راحتی می‌تواند آسیب ببیند یا کاملاً از دست برود. علیرغم این نگرانی‌ها، پیشرفت در این زمینه در حال انجام است. به گفته گری ویشناتزکی، بنیانگذار مشترک Harvest Croo Robotics، یکی از چیننده‌های توت فرنگی آن‌ها که در حال حاضر در فلوریدا در حال آزمایش است، می‌تواند "یک مزرعه ۲۵ هکتاری را تنها در سه روز بچیند و یک خدمه حدود ۳۰ کارگر مزرعه را جایگزین کند". پیشرفت مشابهی در برداشت سیب، انگور و سایر محصولات در حال انجام است. در مورد ربات‌های برداشت سیب، توسعه‌های فعلی برای تجاری شدن بسیار کند بوده است. ربات‌های مدرن قادر به برداشت سیب با نرخ یک عدد در هر پنج تا ده ثانیه هستند در حالی که انسان به طور متوسط با نرخ یک عدد در ثانیه برداشت می‌کند.

هدف دیگری که توسط شرکت‌های کشاورزی تعیین شده است شامل جمع‌آوری داده‌ها است. نگرانی‌های فزاینده‌ای در مورد جمعیت رو به رشد و کاهش نیروی کار موجود برای تغذیه آن‌ها وجود دارد. جمع‌آوری داده‌ها به عنوان راهی برای افزایش بهره‌وری در مزارع در حال توسعه است. AgriData در حال حاضر در حال توسعه فناوری جدیدی برای انجام این کار و کمک به کشاورزان برای تعیین بهتر بهترین زمان برای برداشت محصولات خود با اسکن درختان میوه است.

 کاربردها 
 کنترل علف هرز / کاربرد علف‌کش 
 کنترل علف هرز با استفاده از لیزر (مثلاً LaserWeeder توسط Carbon Robotics)
 ربات‌های کشاورزی دقیق که مقادیر کمی علف‌کش و کود را با دقت اعمال می‌کنند در حالی که مکان‌های گیاه را نقشه‌برداری می‌کنند
 Blue River Technology یک وسیله مزرعه برای تراکتور توسعه داده است که فقط گیاهانی را که نیاز به سمپاشی دارند سمپاشی می‌کند و استفاده از علف‌کش را ۹۰٪ کاهش می‌دهد
 Lettuce Bot - حذف علف هرز ارگانیک و نازک کردن کاهو
 ربات سمپاشی علف هرز خودکار IBEX برای زمین‌های极端، در حال توسعه
 ecoRobotix یک ربات وجین و سمپاشی با انرژی خورشیدی ساخته است

 چیدن / برداشت 
 ربات‌های چیدن در حال توسعه هستند
 Vinobot و Vinoculer
 Burro، یک ربات حمل‌کننده و دنبال‌کننده مسیر با پتانسیل گسترش به چیدن و آسیب‌شناسی گیاهی   
 Harvest Automation شرکتی است که توسط کارمندان سابق iRobot برای توسعه ربات‌ها برای گلخانه‌ها تأسیس شده است
 Small Robot Company طیفی از ربات‌های کشاورزی کوچک توسعه داده است که هر کدام بر یک کار خاص (وجین، سمپاشی، سوراخ کردن و ...) متمرکز هستند و توسط یک سیستم هوش مصنوعی کنترل می‌شوند

 بذرکاری / کاشت 
 Agreenculture 
 Polly+، یک ربات توسط Arugga AI Farming برای گرده‌افشانی گل‌های گوجه فرنگی در گلخانه‌ها
 ربات کاشت برنج توسعه یافته توسط مرکز ملی تحقیقات کشاورزی ژاپن

 چندمنظوره / عمومی / سایر 
 ROS Agriculture - نرم‌افزار منبع باز برای ربات‌های کشاورزی با استفاده از سیستم عامل ربات

 FarmBot، کشاورزی CNC منبع باز

 VAE، در حال توسعه توسط یک استارتاپ فناوری کشاورزی آرژانتینی، هدف تبدیل شدن به یک پلتفرم جهانی برای کاربردهای کشاورزی متعدد، از سمپاشی دقیق تا مدیریت دام است.
 ACFR RIPPA: برای سمپاشی نقطه‌ای
 ACFR SwagBot; برای نظارت بر دام
 ACFR Digital Farmhand: برای سمپاشی، وجین و بذرکاری
 Thorvald - یک ربات کشاورزی چندمنظوره مدولار خودکار توسعه یافته توسط Saga Robotics.
 Fieldrobot Event یک مسابقه در رباتیک میدانی کشاورزی است
بارورسازی ابرها،

 همچنین ببینید 

 کشاورزی الکترونیک
 بینایی ماشین
 پهپادهای کشاورزی
 چمن‌زن رباتیک
 ربات خدماتی
 کشاورزی عمودی
 ماشین‌آلات کشاورزی


رده:ابزارآلات کشاورزی
رده:انقلاب کشاورزی
رده:خرمن
-
رده:فناوری‌های نوپدید