Intelligente Herbsternte | „Neue Mitarbeiter“ im Tomatenpflanz-Gewächshaus-Report

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Kong Deyi, Wu Yinting (Institut für Intelligente Maschinen, Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Smart Autumn Harvest Assistant Visitenkarte

Kleiner Assistent: Tomatenpflückroboter

Gehirn: ROS-System

Vier Kerntechnologien: Deep-Learning-Algorithmus verbessert die Fruchterkennungsrate; Mikrokamera bestimmt Fruchtreife; Roboterarm führt Kommissionierung durch; gleisloses Fahrwerk sorgt für flexibles Fahren

Energiewert: 5 Sterne

Ausweisfoto:

Tomatenpflückroboter

(Bildquelle: Autor)

Selbstvorstellung des intelligenten Herbsternte-Assistenten

Jeder hat schon Tomaten gegessen, aber wer hat sie gepflückt? ICH!

Ich bin ein Tomatenpflückroboter und meine Hauptaufgabe besteht darin, Tomaten zu pflücken. Ich wurde im Jahr 2021 geboren und von Forschern des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erschaffen. Lassen Sie sich nicht davon täuschen, dass ich erst 2 Jahre alt bin, aber ich kann das automatisierte Pflücken von Kirschtomaten in Innenräumen wie Pflanzenfabriken bereits gekonnt durchführen.

Der Grund, warum ich die Kommissionierarbeiten flexibel und effizient erledigen kann, liegt darin, dass in meinem Gehirn ein ROS-System implantiert ist. ROS ist die Abkürzung für „Robot Operating System“, eine hochflexible Open-Source-Softwarearchitektur, die eine große Menge gemeinsam genutzter Ressourcen nutzen und die F&E-Effizienz erheblich verbessern kann. Aus diesem Grund wird es von immer mehr Mitarbeitern in der Roboterforschung und -entwicklung eingesetzt.

Anders als menschliche Arme verwende ich meine Roboterarme und -hände hauptsächlich, um reife Tomaten einzeln zu pflücken.

An meinem Arm ist eine winzige Kamera angebracht, die als meine „Augen“ fungiert. Es hilft mir, den Reifegrad von Früchten anhand ihrer Farbe zu beurteilen . Bei Früchten, die als reif beurteilt werden, kann ich zudem schnell deren Standort berechnen. Dann steuert das ROS-System (also mein Gehirn) den Roboterarm, sodass er sich in die Nähe der Frucht bewegt, und verwendet dann den am Ende des Roboterarms installierten Roboterarm, um die Fruchternte abzuschließen.

Tomaten unterschiedlicher Reife

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Ist es gekocht? Wie wählt man es aus? Ich weiß das alles!

Mithilfe von Deep-Learning-Algorithmen werde ich im Voraus ein Erkennungstraining mit einer großen Anzahl Kirschtomaten durchführen, wodurch sich die Erkennungsgenauigkeit meines Ziels erheblich verbessern wird. Durch die sorgfältige Konstruktion des Pflückroboters und die präzise Steuerung des Bewegungsablaufs des Roboterarms kann ich zudem die Erfolgsquote beim Pflücken von Kirschtomaten verbessern.

Im Allgemeinen variiert die Größe der Kirschtomaten derselben Sorte, die in einer Pflanzenfabrik angebaut werden, nicht sehr stark, sodass mein Roboterarm jede Kirschtomate präzise pflücken kann, ohne Angst haben zu müssen, dass sie herunterfällt. Wenn ich auf Tomaten stoße, die große Größenunterschiede zwischen verschiedenen Sorten aufweisen, entwickelt das Forschungsteam außerdem einen speziellen Pflückroboter für mich.

Tomaten sind weich und haben eine dünne Schale. Damit die Früchte beim Pflückvorgang nicht beschädigt werden, sind die Oberflächen meiner mechanischen Finger aus einem speziellen weichen Gummimaterial gefertigt , sodass die Früchte beim Pflückvorgang nicht beschädigt werden. Darüber hinaus verfügt das weiche Gummimaterial über eine raue Oberfläche und eine größere Reibung, wodurch verhindert werden kann, dass die Früchte in der „Hand“ verrutschen und herunterfallen.

Meine Pflückziele sind Zwergtomaten. Die Fruchtstände der kleinen Tomaten sind relativ verstreut, daher besteht meine Pflückmethode darin, immer nur eine kleine Tomatenfrucht auf einmal zu pflücken. Das Pflücken einer einzelnen Frucht dauert etwa 10 Sekunden.

Bei großen Tomatenpflanzen mit konzentrierten Früchten kann ich durch den Austausch des Roboterarms mehrere kleine Tomaten gleichzeitig pflücken.

Ein Haufen Kirschtomaten

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Einige Ernteroboter verwenden ein raupenmobiles Fahrgestell und der Roboter kann sich nur entlang einer festen Führungsschiene bewegen. Dies erfordert, dass die Position der Tomatenpflanze und die Position der Roboterführungsschiene fest bleiben müssen und nicht beliebig verändert werden können. Es lässt sich nicht an die Arbeitsumgebung anpassen und ist nicht für halbstrukturierte Umgebungen wie Fabriken geeignet.

Aber ich bin anders. Ich verwende ein spurloses mobiles Fahrgestell, das sich autonom in alle Richtungen und über eine große Reichweite bewegen kann. Ich kann mich auf der Stelle um 360 Grad drehen. Es ist flexibel und wendig und eignet sich besonders für den Betrieb in den engen Räumen zwischen den Anbauregalen in der Pflanzenfabrik. Es ist nicht erforderlich, Schienen oder Orientierungspunkte auf dem Boden zu verlegen, was es für die Pflanzenfabrik „freundlicher“ macht.

Präzisionszuführung: Platzierung nach der Entnahme

Ich habe Ihnen viele Funktionen meines Ernteprozesses vorgestellt, aber sind Sie neugierig, wie ich die geernteten Tomaten nach der Ernte genau an die dafür vorgesehenen Stellen wie Obstschalen und Körbe lege?

Es ist eigentlich ganz einfach! Ich muss lediglich im Voraus das Zielsignal des Obsttellers über die an meinem Arm installierte Kamera erfassen, dann die Mitte des Obsttellers lokalisieren und dann die Positionskoordinaten an mein Gehirn (ROS-System) senden. Dann gibt das ROS-System eine Anweisung aus: Steuern Sie den Roboterarm und den Manipulator, um ihn zur Zielposition zu bewegen, lassen Sie meine Finger los und legen Sie die Früchte präzise auf den Obstteller.

Zwischen meiner Handfläche und dem Roboterarm befindet sich mein „Unterarm“, der den Arbeitsbereich des Roboterarms erweitert , sodass der Roboterarm Tomaten aus größerer Entfernung pflücken kann. Zum anderen ist im „kleinen Arm“ ein Motor verbaut, der das Öffnen und Schließen des Roboters steuert . Wenn sich der Motor vorwärts dreht, spannt und klemmt der Roboter die Frucht, nimmt sie auf und bewegt sich dann in die vorgesehene Position. Wenn der Motor rückwärts dreht, lässt der Roboter los und legt die Frucht ab.

Nachricht vom Assistenten

Natürlich besteht meine Aufgabe nicht nur darin, beim Tomatenpflücken zu helfen. Nachdem die Forscher eine sekundäre technische Entwicklung an mir durchgeführt haben, werde ich auch in der Lage sein, andere Obst- und Gemüsesorten zu pflücken oder Bestäubungen und andere Vorgänge durchzuführen.

Obwohl ich ein Roboter bin und nicht wie alle anderen Tomaten probieren kann, bereitet es mir große Freude, allen mit meiner Hilfe köstliche Tomaten schmecken zu lassen. Ich werde in Zukunft auch weitere neue Funktionen einführen, also freuen Sie sich auf meine zukünftigen Leistungen!