Роботы будут собирать огурцы

Автомобилестроение является не единственной отраслью промышленности, активно применяющей технологии автоматизации. Последние все чаще находят применение и в сельском хозяйстве, постепенно заменяя многие операции, ранее традиционно выполняемые человеком. Сегодня в Институте интегральных схем общества Фраунгофера разрабатывается новая роботизированная система для автоматической сборки огурцов. Новый робот, выполненный из легких сплавов и оснащенный двумя манипуляторами, поможет снизить себестоимость и повысить конкурентоспособность сельского хозяйства Германии.

Традиционно убор огурцов в сельском хозяйстве Германии производится с применением так называемых «летунов» — сельскохозяйственных машин, оборудованных крылоподобными креплениями. Сельскохозяйственный работник, лежа на последних, вручную собирает спелые огурцы. Такая работа является слишком трудоемкой и зачастую экономически нецелесообразной. Кроме того, после введения правительством минимальной оплаты труда данный способ уборки урожая существенно повысил себестоимость сельскохозяйственной продукции. В результате во многих областях Германии огуречное сельское хозяйство было вынуждено мигрировать в страны Восточной Европы и Индии, известные своей дешевой рабочей силой.

Наблюдая подобную тенденцию, правительствами Германии и Испании был запущен проект Catch, основной целью которого является разработка экономически эффективных роботизированных решений для автоматической уборки урожаев. Разработки ведутся под эгидой Инсnитута сельскохозяйственной инженерии и биоэкономики имени Лейбница и Центра автоматизации и робототехники в Испании.

Специалисты, разрабатывающие новый уборочный робот для проекта Catch, стремятся создать решение, удовлетворяющее целому ряду повышенных, и зачастую противоречащих друг другу, требований. Так, новый робот должен быть выполнен из легких, прочных и недорогих в производстве сплавов. Кроме того, система должна быть достаточно универсальной, и использоваться в уборке множества различных сельскохозяйственных культур. В-третьих, роботизированный сборщик должен быть рентабельным, высокопроизводительным и надежным. Даже в случае плохой погоды робот должен уверенно определять спелые плоды перед тем, как физически срывать их. Кроме того, процесс автоматизированной уборки должен быть очень аккуратным, без механического повреждения собираемых овощей. Для выполнения столько сложной задачи умная машина оборудована тактильными датчиками и способна подстраиваться под условия окружающей среды. Однако обучаемость нового робота не должна идти в ущерб производительности — автоматический уборщик должен уметь собирать по крайней мере 13 огурцов в минуту (именно столько в среднем собирает опытный полевой работник).

Таким образом, перед разработчиками стоит весьма нетривиальная задача. Новая система должна уметь тактильно и визуально определять и оценивать степень зрелости овощей. Машина должна уметь различать зеленые огурцы, замаскированные в зеленом окружении, зачастую закрытые листвой. Меняющиеся условия освещенности делают задачу еще более сложной. Для выполнения столь сложной работы новая система будет использовать мультиспектральные камеры и интеллектуальную обработку изображений в режиме реального времени. Новая система камер, разработанная в испанском центре Csic-Upm, способна визуально определять 95% огурцов, что является весьма впечатляющим показателем.

После удачного визуального определения подходящего для сбора плода в работу включается механизированная рука c пятью степенями свободы. Новый манипулятор вобрал в себя наработки проекта Workerbot I — робота-гуманоида, приспособленного для промышленной сборки изделий. Экспертам удалось создать манипулятор, обладающий предварительно запрограммированными поведенческими моделями, позволяющими производить бимануальный поиск. Иными словами, автоматический сборщик, оборудованный двумя манипуляторами, способен отыскивать и собирать огурцы точно также, как это делает человек.

«Робот способен, к примеру, отодвинуть в стороны листья с применением симметричного, ассиметричного, конгруентного и инконгруентного движения. В результате, он способен мнгновенно изменить направление движение, и захватить огурец», — пояснил Драголюб Сурдилович (Dragoljub Surdilovic) из Института интегральных схем общества Фраунгофера. Конечной целью разработчиков является вооружение робота способностью принимать субъективные решения, назначать определенную задачу для манипулятора, контролировать сбор овощей, а также уметь принимать решения в нештатных ситуациях.

В июле 2017 года разработчики приступили к первоначальным полевым испытаниям новой системы на огуречных полях в Германии. В рамках испытаний также были проверены различные методики сборки и выявлены факторы, облегчающие роботу успешный сбор овощей. Результаты первого тестирования подтвердили базовую функциональность системы. Начиная с осени 2017 года, тесты системы продолжились в теплицах. Особое внимание уделяется надежности системы в условиях поломок и помех.