除草機(jī)器人-讓農(nóng)業(yè)告別藥物污染

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item依諾信

電梯直達(dá)

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發(fā)表于 2021-5-13 11:27:07 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

農(nóng)業(yè)中使用除草劑，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境有著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，地下水中就經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)除草劑的殘留物，瑞士受到這類(lèi)污染的影響尤其嚴(yán)重。還有研究發(fā)現(xiàn)，除草劑以及它的分解產(chǎn)物，也廣泛的存在于空氣中。

此外，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)德國(guó) 165 個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，有四分之三的地區(qū)存在上述物質(zhì)，這些地點(diǎn)距離噴灑過(guò)除草劑的田地從 100 米到 1000 多米不等。盡管如此，目前仍然沒(méi)有任何解決方案在有效性和成本方面比得上除草劑。

為此，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）和瑞士西北應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)（University ofApplied Sciences and Arts Northwestern Switzerland）的一組學(xué)生開(kāi)發(fā)了出了自主除草機(jī)器人的原型——Rowesys，即“機(jī)器人除草系統(tǒng)”。它工作時(shí)完全不使用除草劑，而是以純機(jī)械的方式消除雜草。

溫和無(wú)毒的雜草控制技術(shù)

作為重點(diǎn)項(xiàng)目的一部分，Rowesys 在短短九個(gè)月內(nèi)就完成了開(kāi)發(fā)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)共有十名成員，包括六名機(jī)械工程師、兩名電氣工程師和兩名工業(yè)設(shè)計(jì)師。這類(lèi)重點(diǎn)項(xiàng)目通常是在學(xué)士學(xué)位課程結(jié)束時(shí)開(kāi)展，需要學(xué)生將課堂上所學(xué)的知識(shí)融入實(shí)際應(yīng)用，并充分考慮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的每一個(gè)階段。

這個(gè)四輪除草機(jī)器人重 300 千克，尺寸 2100 × 940 × 1200 毫米，主要用于甜菜田的雜草控制。由于甜菜特別容易受到雜草的侵害，因此甜菜田非常適合用來(lái)演示 Rowesys 的除草能力。盡管除草機(jī)要通過(guò)手動(dòng)控制才能到達(dá)甜菜田，但一旦到了田地，它就可以自主除草。

Rowesys 除草機(jī)有兩個(gè)攝像頭。前置攝像頭可以識(shí)別一壟壟嫩綠的甜菜，并適當(dāng)調(diào)整除草機(jī)的位置。第二個(gè)攝像頭垂直對(duì)準(zhǔn)地面，確保正確識(shí)別甜菜和雜草，以便將兩者區(qū)別處理。

在除草機(jī)器人的后側(cè)有四個(gè)犁頭，這就是除草的“利器”。這些小型犁頭可以深入地下兩厘米的位置，將雜草從根部分離，分離后的雜草將在地表自然風(fēng)干。

對(duì)于甜菜壟行內(nèi)的雜草，最大的挑戰(zhàn)是在除草的同時(shí)不傷害甜菜。因此，犁頭應(yīng)該張開(kāi)還是閉合，取決于第二個(gè)攝像頭傳遞給除草系統(tǒng)的信息。犁頭不能觸碰甜菜，這是最重要的一點(diǎn)。

除草機(jī)器人在除草時(shí)的行進(jìn)速度為 0.2 米/秒，最大速度為 1 米/秒（即 3.6 千米/時(shí)）。借助 Rowesys 除草機(jī)上的各種噪音和 LED 燈的顏色，我們可以判斷除草機(jī)的當(dāng)前模式。除草機(jī)內(nèi)部的電子設(shè)備封裝在一個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約但極具未來(lái)主義色彩的鋁制外殼內(nèi)。

型材技術(shù)助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

除草機(jī)器人的核心“骨架”是一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，由 item 的鋁型材搭建而成，而車(chē)輪、完整的電子設(shè)備和電機(jī)就安裝在這個(gè)框架上。除此之外，機(jī)器人的犁頭結(jié)構(gòu)也采用了型材技術(shù)。

一開(kāi)始，研發(fā)團(tuán)隊(duì)考慮了許多不同的型材結(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)。“但是，我們對(duì)焊接總是有所擔(dān)憂。這是我們的第一個(gè)原型，我們希望它具有最大的靈活性。顯然，鋼結(jié)構(gòu)不能滿足我們的要求。此外，在鋼結(jié)構(gòu)上安裝各種固定裝置也很棘手，需要許多額外的工作。”

后來(lái)，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一位項(xiàng)目教練給我們提供了一些建議——他建議我們?cè)囈辉?item 的型材技術(shù)，還特別強(qiáng)調(diào)了 item 緊固件的靈活性以及 MB 工業(yè)鋁型材裝配系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在另一個(gè)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型機(jī)器人的重點(diǎn)項(xiàng)目 CHIRON 中，團(tuán)隊(duì)成員的積極反饋也促使我們做出了決定。最終，CHIRON 項(xiàng)目的參與者幫助我們與 item 瑞士分公司取得了聯(lián)系。“除了 item 作為贊助商給予的支持和型材技術(shù)的靈活性之外，我們收到的建議也很有幫助。由于與 item 合作，整個(gè)訂貨、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程要比原先設(shè)想的容易得多。通過(guò) item Engineeringtool 進(jìn)行在線設(shè)計(jì)，也為我們節(jié)省了很多時(shí)間。” Lieberherr 說(shuō)道。

現(xiàn)在，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為進(jìn)一步優(yōu)化除草機(jī)器人制定了計(jì)劃，這充分說(shuō)明，借助創(chuàng)新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從各方面來(lái)說(shuō)，可持續(xù)發(fā)展都是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的重中之重，比如，工作人員每飛行一公里時(shí)，其所在學(xué)院就要向一個(gè)特別基金支付一筆費(fèi)用。該基金的負(fù)責(zé)人會(huì)聯(lián)系學(xué)生，并要求他們針對(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目提供創(chuàng)意，以便推動(dòng)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，這就是 Rowesys 項(xiàng)目啟動(dòng)的原因。