В Пермском национальном исследовательском политехническом университете (ПНИПУ) разрабатывают автоматизированную систему из роботов, которые смогут собирать ягоды на больших сельскохозяйственных площадях.
В летний сезон для ручного сбора ягод: клубники, малины, черники, морошки и т.д., по данным Минсельхоза ежегодно требуется около 50 тысяч сезонных рабочих. Это обусловлено спецификой ручной работы. Ягоды — очень мягкий и хрупкий продукт, который может повредиться при механическом воздействии. Дополнительную сложность для автоматизации процесса представляет обильная листва, накрывающая плоды.
Решением Пермских учёных стало применение не одного робота или дрона, а группы роботов, которые могут выполнять определённые функции. К примеру, по расчётам российских робототехников для ягодных полей площадью от 1 до 5 га требуется 5-6 разведчиков, 2-3 сборщика и 1-2 транспортировщика.
— Создание одного устройства, способного одновременно искать, собирать и транспортировать ягоды, технически сложно и экономически нецелесообразно. Такие роботы, как правило, получаются слишком тяжелыми, начинают утрамбовывать почву и топтать грядки, тратят много энергии на развороты и могут подолгу задерживаться на одном месте в поисках плодов. Наш подход предполагает распределение функций между тремя типами автоматизированных помощников: компактные разведчики обнаруживают спелые ягоды и строят карту местности, механизмы-манипуляторы аккуратно собирают урожай, а агенты-бункеры обеспечивают транспортировку. Это позволяет параллельно выполнять все операции и значительно увеличивает общую производительность системы, — объясняет Антон Посягин, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Для слаженной работы автономных роботов будет применятся радиосвязь, которая обеспечит достаточную дальность и стабильность соединения. Централизованная платформа управления, состоящая из приёмного оборудования и управляющего компьютера, собирающего данные со всех устройств, будет координировать действия этих устройств, отсылая необходимые команды.
— Для организации связи был разработан алгоритм работы по принципу рации с поочередной передачей данных. Компьютер отправляет агенту короткий запрос и переключается на прием. Робот передает сжатый отчет об обстановке (например, «слева препятствие, справа свободно») и ожидает ответа. Обработав информацию, компьютер отправляет конкретную команду для дальнейших действий, — рассказал Антон Посягин, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Первоначально учёные Пермского политеха собрали экспериментальную установку из трех тестовых образцов. Управляющий компьютер при работе с реальными аппаратами в реальном времени строил общую карту местности, распределял зоны между устройствами, планировал маршруты и координировал действия всей группы, чтобы они не мешали друг другу. Было отработано три возможных сценария: поломка одного робота, планирование и составление маршрутов на полях различной формы, и взаимодействие роботов на поле, исключающее помехи в работе.
После успешных испытаний централизованной системы, учёные приступили к сборке прототипа робота-разведчика, гусеничного устройства размером 40 см с высокой проходимостью. Аппарат оснащен инфракрасными датчиками для обнаружения препятствий и магнитными энкодерами (устройствами, преобразующими механическое вращение в точные цифровые данные о положении и скорости) для точного определения пройденного пути.
— Сейчас мы работаем над оснащением прототипа системой компьютерного зрения для распознавания спелых ягод, а также над созданием отдельных манипуляторов (с гибким захватным устройством) для аккуратного сбора и агентов-бункеров (с емкостью) для транспортировки, — поделился Антон Посягин.
Технология роботизации сложного ручного процесса сбора ягод позволит увеличить объемы собранного урожая и снизить стоимость продукции для потребителя.
По материалам официального сайта Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) pstu.ru .
Картинка создана нейросетью YandexART.