журнал сельхозтехники и оборудования

Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация
  Войти      Регистрация

Война дроидов с сорняками. Робот для посева и междурядной обработки FarmDroid FD20

22 Марта 2021 PROFI
Рейтинг:
Когда нельзя использовать гербициды, остается единственный выход — механическая прополка.
А иногда и тяпку в руки — и попер! FarmDroid FD20 готов взять на себя эту нудную работу.

Медленно, но методично держит путь по междурядьям с сахарной свеклой на участке в 60 га FarmDroid FD20, принадлежащий фермеру Матиасу Заудхофу из Кеннерна (земля Саксония-Анхальт), сопровождая свою работу ритмичными щелчками. Ножи входят между культурными растениями и удаляют сорняки непосредственно в ряду со сладкими корнеплодами.

Для поддержания свекловичной плантации в максимально незасоренном виде фермер, который ведет хозяйство в соответствии со строгими экологическими нормами, был вынужден наряду с пропашным культиватором использовать тяжелый ручной труд с привлечением большого количества работников. В зависимости от пораженности площадей сорняками приходилось закладывать в себестоимость до 100 часов ручного труда на гектар данной культуры. Это и оказалось довольно веской причиной для изобретательного и готового к экспериментам руководителя фермерского хозяйства, чтобы не побояться и приобрести полевого робота FD20 датской фирмы FarmDroid.


Шесть высевающих секций подняты вверх, в рабочем положении
лишь инструменты для прополки

Работающий от солнечных батарей дроид FD20 самостоятельно осуществляет посев и прополку свеклы и овощных культур с точностью RTK1. Переброска с участка на участок, переоснащение, научение машины и ввод в эксплуатацию автоматики, а так-же выставление рабочих органов перед стартом или, скажем, наполнение бункеров сеялки без участия человека не обходятся.

1 Real Time Kinematic (RTK, англ. «кинематика реального времени») — получение плановых координат и высот
точек на местности с точностью до сантиметра с помощью спутниковой системы навигации благодаря поправкам с базовой станции, которые аппаратура пользователя принимает во время съемки.

Ну а фермер Матиас Заудхоф сейчас очень надеется на то, что благодаря использованию новой роботизированной техники ему удастся значительно сэкономить за счет сокращения объемов высокозатратного ручного труда.

Только станция RTK

Стоимость FarmDroid FD20 без учета НДС в Европе — в районе 75 тыс. евро без налога на добавленную стоимость. В прайс-лист включена станция RTK, которая направляет свои корректировки на приемник робота по беспроводной связи. Мобильный прием услуги из интернета не реализован.

Без имени.png
Робот FD20 от FarmDroid осуществляет прополку рядов в полностью автоматизированном режиме

Робот FD20 от компании FarmDroid оснащается двумя приемниками ГНСС-сигналов производства Swift Navigation, которые принимают сигналы спутников GPS, ГЛОНАСС, Beidou и Galileo с частотой 10 Гц. Приемники устанавливаются на крыше робота (один впереди, один сзади), в одну линию по направлению движения. Благодаря этому система управления роботом может компенсировать боковой увод на склоне. По информации, предоставленной производителем, задние колеса на электрической тяге способны устойчиво «идти по следу» при наклоне до 10 %.

Screenshot_1.png

Как посеешь, так и прополешь

Весной автономно передвигающийся робот посеял семена свеклы с точностью RTK в соответствии с предварительно заданной шаблонной схемой, включающей междурядье и дистанцию между семенами. Поскольку FarmDroid документирует данный шаблон, он точно знает местонахождение каждого корнеплода. Это крайне важно для того, чтобы тяпки автоматически входили в нужные места рядов и рубили сорняки, не повреждая при этом культурные растения. Никакой камеры с целью распознавания растений на FarmDroid FD20 не используется. Переоборудовать сеялку в пропашной культиватор, как сообщил нам Матиас Заудхоф, довольно просто. Бункеры шести высевающих секций снимаются, сошники заменяются тяпками, а сами высевающие секции откидываются вверх. Серийный роботизированный «посевной и прополочный комплекс» работает на культурах с междурядьем 45 или 50 см. Трансфер до места работы или переброска с участка на участок может выполняться в агрегате с трактором, оснащенным трехточечной навеской. Однако передвигаться по дороге общего пользования с дроидом FD20 трактор права не имеет: транспортная ширина полевого дроида слишком велика — 3,65 м, а сложиться компактнее он, увы, не способен.


Благодаря электрическому приводу машина, точно зная координаты
закладки семян, выбрасывает нож аккурат в промежутки между
растениями, срубая только сорняки


Проволочные стержни из пружинной стали
заделывают сорняки в землю

Screenshot_2.png
Внизу ножи неподвижны, механизм выброса можно
увидеть в верхней части

Вот почему для переброски роботизированного орудия производитель в качестве опции предлагает низкорамный прицеп.


Солнечный фотоэлектрический модуль, который служит для
снабжения робота электрической энергией, можно откинуть
вверх, чтобы не мешал, например, во время технического
обслуживания или переоснащения

Разведка боем

Перед эксплуатацией на новом, неизвестном дроиду, участке его ГНСС-системе придется сначала познакомиться с вершинами углов и, таким образом, с границами участка. Хотя для этого ему не обязательно «стаптывать ноги», совершая обход предстоящего поля боя. Понятное дело, трактор выполнит такую разведку в разы быстрее.

Тем не менее обычная, встроенная в трактор, система RTK-GPS в данном случае окажется бесполезной. Ведь она, к великому сожалению, не сохраняет в точности те же самые координаты GPS для местоположения конечных точек участка, как это делает ГНСС-система FarmDroid. Импорт границ поля из цифрового формата в формат shape, как заявляет производитель, по причинам, связанным с техникой безопасности, тоже не реализован.

Поэтому-то и разведку, то есть фиксацию конечных точек участка, трактору придется проводить совместно с героем нашего репортажа. Короче, цепляем FarmDroid FD20 к трактору, запускаем ГНСС-систему дроида с корректировкой посредством RTK — и вперед!

Правда, здесь есть один нюанс: механизатору придется точно въезжать в углы, причем так, чтобы передний приемник сигналов со спутников, установленный на дроиде, находился строго над углом, на который направлен «прицел». Только после этого он может сохранить эту точку. Данная настройка имеет архиважное значение, поскольку система управления роботом после этого сможет распознавать виртуальную границу участка с помощью антенны этого приемника и подавать команду «кругом».

Поскольку переднее колесо дроида выдвинуто относительно антенны на 1,2 м вперед, то эта величина и закладывается в системе в качестве «демаркационной полосы» относительно фактической границы поля. Это расстояние необходимо трехколесному дроиду, чтобы развернуться вдоль нее из первой колеи. Иными словами, полоска посевов на краю поля в силу особенностей системы останется необработанной — в этом и заключается недостаток трехколесного шасси.


Два преобразователя постоянного тока в переменный заряжают аккумуляторы, которые
обеспечивают дроида энергией в ночное время суток или в пасмурную погоду. Запуск
робота фермер выполняет с помощью бортового компьютера

Запускаем автоматику

После определения угловых точек на бортовом компьютере робота для следов внутри участка устанавливаются АВ-линии параллельно к границе поля. Для этого система использует виртуальные соединительные линии между первой и второй или первой и последней вершиной угла.

Если на роботе, кроме всего прочего, уже настроены междурядья и расстояния между растениями в ряду, то он может приступать к работе. Фермер, используя трехточечную сцепку, агрегатирует дроид с трактором и доставляет его к линии старта, а там опускает на землю и соответствующим образом выставляет рабочие органы, после чего задействует автоматику. На бортовом компьютере устанавливается также порядок выполнения операций, то есть что следует сделать в первую очередь: сначала прополоть разворотную полосу, а затем внутреннюю часть участка или наоборот.

Черепашьим шагом

В зависимости от выполненной предустановки робот способен проходить всего-на-всего от 600 до 850 м в час. Одним словом, шустрым его не назовешь. Поэтому в процессе принятия решения о покупке фермеру или руководителю предприятия стоит крепко подумать: не только прополка, но и посев, особенно если вмешается погода, может ох как подзатянуться. Ведь дроид не только полет, но и сеет в таком же черепашьем темпе. Дневная наработка составляет от силы 3,4 га. Следовательно, и запас времени должен быть больше, чем при использовании сеялки и пропашного культиватора. А если непогода?! Именно по этой причине расчетная площадь для одного робота FD20 — не более 20 га.


Расположенные строго друг за другом антенны ГНСС
исключают боковой снос во время работы на склонах

Несмотря на это, Матиас Заудхоф отважился отдать на откуп дроиду целых 60 га. Ему пришлось примириться с тем, что в случае со свеклой у растений во время первой и второй прополки разные фазы развития, ведь посев роботом занимает целых 19 дней. В остальном его высевающие секции работают как часы, если не принимать во внимание довольно часто встречающиеся двойники. Срочного вмешательства со стороны руководителя предприятия требуют уведомления об ошибках, отправленные системой контроля за укладкой семян.

Первый тур прополки FarmDroid FD20 может проводить еще до появления всходов, вслепую, поскольку точно знает координаты закладки семян. Обработав всю заданную площадь, он возвращается в исходное положение, то есть в запрограммированную фермером точку старта, и начинает прополку заново. 

ДРОИД-ФЕРМЕР ДЛЯ ПОСЕВА САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Основополагающее условие для полностью автоматизированного процесса прополки не только междурядий, но и в рядах — точная информация о координатах каждого семени в системе управления роботом FD20. Здесь крайне важно, чтобы робот произвел закладку семян в строгом соответствии с заданным расстоянием. Для достижения этой амбициозной цели датское предприятие FarmDroid разработало собственный высевающий аппарат.

Пластиковый, изготовленный с помощью 3D-принтера высевающий диск с круглыми отверстиями разделяет семена, которые затем через семяпровод падают вниз. Специальная заслонка на конце семяпровода препятствует тому, чтобы они падали сразу в борозду, выполненную сошниками. Электромагнитные клапаны по команде системы управления синхронно открывают заслонки всех шести секций. Таким образом, задавая междурядье и дистанцию между семенами в ряду, мы получаем шаблонную схему.

Screenshot_3.png
Так, потихонечку-полегонечку, весной прошлого года FarmDroid FD20 засеял
на предприятии Заудхофа целых 60 га свеклы, возделываемой в соответствии
со строгими экологическими стандартами


С помощью изготовленного на
3D-принтере пластмассового диска
осуществляется отделение семян.
Пока такой фокус проходит только
с посевным материалом круглой формы

Датчики и аварийные оповещения

Само собой разумеется, дроидов нежелательно оставлять на весь день без присмотра. Матиас Заудхоф рекомендует выезжать на участок, где эксплуатируется робот, не реже двух-трех раз в смену, чтобы убедиться, что работа выполняется в строгом соответствии с заданием.

Датчик усилия измеряет сопротивление при вхождении ножа в почву. При превышении критической величины электроника тут же останавливает движение робота вперед — например, если под нож попал камень или иной твердый посторонний предмет и произошло защемление.

Правда, гипотетически может случиться и так, что ножи начнут в заклиненном состоянии двигаться дальше. Ущерб в данном случае окажется грандиозным — представьте хотя бы несколько вывороченных рядков. Опасаясь этого, Матиас Заудхоф перенаправил веб-камеру таким образом, чтобы она следила не за рабочими органами, как это было задумано изначально, а за результатом работы.

В случае остановки, обусловленной препятствием, робот перво-наперво старается самостоятельно освободиться, начиная двигаться вперед-назад. Если многочисленные попытки не увенчаются успехом, он сделает «звонок другу» — вернее, отправит на телефон фермера СМС с аварийным уведомлением.

Количество таких попыток настраивается в программе. СМС будет также содержать информацию о заряде батареи, времени, причине остановки и координатах «захвата» робота. Это упростит его обнаружение даже на больших участках, особенно ночью. Кроме того, робот прерывает работу во время дождя. Устройство измерения осадков контролирует их интенсивность. Пороговое значение, при котором прополку следует прекратить, настраивается и может составлять, скажем, 2 мм за 120 минут. Также посредством СМС-уведомлений фермер может отдавать дроиду FD20 команды о начале или окончании работы. По данным производителя, сейчас в стадии разработки находится система управления роботом посредством удобного для пользователя специального приложения.


Имея в распоряжении два приводных задних колеса и одно
поворотное переднее, наш борец с сорняками выполняет команду
«кругом» практически на месте


Трехточечная навеска обеспечивает возможность беспрепятственного
зацепления к трактору и переброски с одного участка на другой


Благодаря приводимым в движение посредством
электроники цилиндрам происходит перенос давления
на рабочие органы


Только при условии, что закладка семян
свеклы производилась точно как в аптеке,
с соблюдением строгого расстояния между
растениями в рядке, можно гарантировать
прополку в рядках без потерь

Что еще запомнилось

  • 400-ваттные электромоторы, установленные по одному на задних колесах, приводят в движение 800-килограммовую роботизированную грозу сорняков.
  • Еще шесть электродвигателей гоняют туда-сюда (в рядок и обратно) прополочные ножи.
  • Посредством двух сервоприводов реализована система регулировки усилия, а следовательно, и интенсивности вмешательства рабочих органов.
  • Четыре солнечных фотоэлектрических модуля общей номинальной мощностью1,6 кВт снабжают электроэнергией электронику и приводы.
  • Четыре свинцово-гелевых аккумулятора совокупной емкостью 1 А·ч накапливают избыточную энергию, производимую фото-электрическими модулями, — таким образом, дроид способен стабильно работать даже по ночам или в условиях облачности. Хотя справедливости ради стоит отметить, что при рабочей скорости 850 м/ч на всю ночь заряда аккумуляторной батареи хватает не всегда.

Итак: полевой робот FarmDroid FD20 способен заменить затратную и трудоемкую механическую прополку овощных культур.

Он передвигается на электротяге от солнечной батареи. Благодаря системе автономного управления посредством сигналов RTK он осуществляет прополку не только междурядий, но и рядов. На предприятии, которым руководит Заудхоф, дроид FD20 дважды прополол 60 га сахарной свеклы, уничтожив практически все сорняки в междурядье и большинство непосредственно в рядах (примерно 75 %).

Правда, важнейшее условие столь эффективной работы — посев свеклы тем же самым роботом с точностью RTK. Стоимость приобретения этой чудо-машины составит впечатляющие 75 тыс. евро без учета НДС. А окупаемость — порядка трех лет, и это при условии, что он сэкономит половину от затрат на ручной труд.

Текст: Анья Бернсен
Фото: Штефан Товерник,
архив производителя
0 коментариев оставить комментарий
Загрузка комментариев...