پرش به محتوا

ربات کشاورزی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

ربات کشاورزی (Agricultural robots or agbot) رباتی با کاربردهایی در کشاورزی است. مهمترین کاربرد حال حاضر این رباتها برداشت محصول می‌باشد. با ظهور بیشتر رباتها و پهپادها، کاربردهای بیشتری مانند کنترل علفهای هرز، باروری ابرها، کاشت دانه‌ها، برداشت محصول، نظارت محیطی و آنالیز خاک به این حیطه اضافه گردیده‌است. الگو:شرح کوتاه

تراکتور بدون راننده "اورالت-۲۲۴" در نمایشگاه "آرمیا ۲۰۲۰"

ربات کشاورزی یا ربات زراعی به رباتی گفته می‌شود که برای اهداف کشاورزی به کار گرفته می‌شود. امروزه اصلی‌ترین حوزه کاربرد ربات‌ها در کشاورزی، در مرحله برداشت محصول است. کاربردهای نوظهور ربات‌ها یا پهپادها در کشاورزی شامل کنترل علف‌های هرز،[۱][۲][۳] کاشت بذر، برداشت محصول، پایش محیطی و تحلیل خاک می‌شود.[۴][۵] بر اساس گزارش تحقیقات بازار تأییدشده، پیش‌بینی می‌شود بازار ربات‌های کشاورزی تا سال ۲۰۲۵ به ۱۱٫۵۸ میلیارد دلار برسد.[۶]

کلیات

[ویرایش]

ربات‌های چیدن میوه، تراکتورها/سمپاش‌های بدون راننده و ربات‌های پشم‌چینی گوسفند برای جایگزینی نیروی کار انسانی طراحی شده‌اند. در بیشتر موارد، عوامل زیادی (مانند اندازه و رنگ میوه‌ای که باید چیده شود) باید قبل از شروع یک کار در نظر گرفته شوند. ربات‌ها می‌توانند برای سایر وظایف باغداری مانند هرس، وجین، سمپاشی و غیره استفاده شوند. علاوه بر وظیفه فیزیکی، بسیاری از ربات‌ها ممکن است حسگرهایی داشته باشند که داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که ممکن است بعداً برای نظارت بر جنبه‌های مختلف محصول، مانند سلامت آن، کنترل آفات و بیماری‌ها و غیره استفاده شوند.

ربات‌ها همچنین می‌توانند در کاربردهای دامداری (رباتیک دامی) مانند دوشش خودکار، شستشو و اخته کردن استفاده شوند. چنین ربات‌هایی مزایای زیادی برای صنعت کشاورزی دارند، از جمله کیفیت بالاتر محصولات تازه، هزینه‌های تولید کمتر و کاهش نیاز به نیروی کار دستی.[۷] همچنین می‌توان از آن‌ها برای خودکارسازی وظایف دستی، مانند سمپاشی علف‌های هرز استفاده کرد، جایی که استفاده از تراکتورها و سایر وسایل نقلیه operated توسط انسان برای اپراتورها بسیار خطرناک است.[نیازمند منبع]

طراحی‌ها

[ویرایش]

به طور کلی، طراحی مکانیکی شامل یک اند افکتور، مانیپولاتور و گیرنده می‌شود. عوامل متعددی باید در طراحی مانیپولاتور در نظر گرفته شوند، از جمله وظیفه، کارایی اقتصادی و حرکات مورد نیاز. با این حال، طراحی ربات‌های کشاورزی به اندازه اهدافی که خدمت می‌کنند متنوع است. برای مثال، طراحی رباتی که علف‌کش پخش می‌کند، کمی با رباتی که گاوها را می‌دوشد مشترک دارد.

اند افکتور

[ویرایش]

یک اند افکتور در ربات، وسیله‌ای است که در انتهای بازوی رباتیک یافت می‌شود و برای عملیات مختلف کشاورزی استفاده می‌شود. چندین نوع مختلف از اند افکتورها توسعه یافته‌اند. در یک عملیات کشاورزی مربوط به انگور در ژاپن، اند افکتورهایی برای برداشت، نازک‌کردن توت‌ها، سمپاشی و بسته‌بندی توسعه یافتند. طراحی‌های زیر، اگرچه در آزمایشگاه و آزمایش‌های مزرعه کارآمد ثابت شده‌اند، هنوز به صورت تجاری applied نشده‌اند.

هر اند افکتور با توجه به ماهیت کار و شکل و اندازه میوه هدف طراحی شد. برای مثال، اند افکتورهای مورد استفاده برای برداشت برای گرفتن، برش و هل دادن خوشه‌های انگور طراحی شده بودند.

نازک کردن توت عملیات دیگری است که روی انگورها انجام می‌شود و برای افزایش ارزش بازار انگورها، افزایش اندازه انگورها و تسهیل فرآیند خوشه‌بندی استفاده می‌شود. برای نازک کردن توت، یک اند افکتور از یک قسمت بالایی، میانی و پایینی تشکیل شده است. قسمت بالایی دارای دو صفحه و یک لاستیک است که می‌تواند باز و بسته شود. دو صفحه انگورها را فشرده می‌کنند تا شاخه‌های محور خوشه را قطع کرده و خوشه انگور را استخراج کنند. قسمت میانی شامل یک صفحه از سوزن‌ها، یک فنر فشاری و صفحه دیگری است که سوراخ‌هایی در سطح خود دارد. وقتی دو صفحه فشرده می‌شوند، سوزن‌ها از میان انگورها سوراخ ایجاد می‌کنند. سپس، قسمت پایینی دارای یک دستگاه برش است که می‌تواند خوشه را برای استاندارد کردن طول آن ببرد.

برای سمپاشی، اند افکتور شامل یک نازل اسپری است که به یک مانیپولاتور متصل شده است. در عمل، تولیدکنندگان می‌خواهند مطمئن شوند که مایع شیمیایی به طور یکنواخت در سراسر خوشه توزیع شده است. بنابراین، طراحی با حرکت نازل با سرعت ثابت و حفظ فاصله از هدف، توزیع یکنواخت مواد شیمیایی را ممکن می‌سازد.

آخرین مرحله در تولید انگور، فرآیند بسته‌بندی است. اند افکتور بسته‌بندی با یک فیدر بسته و دو انگشت مکانیکی طراحی شده است. در فرآیند بسته‌بندی، فیدر بسته از شکاف‌هایی تشکیل شده است که به طور مداوم بسته‌ها را در حرکتی بالا و پایین به انگشتان می‌رسانند. در حالی که بسته به انگشتان تغذیه می‌شود، دو فنر برگ که در انتهای بالایی بسته قرار دارند، بسته را باز نگه می‌دارند. بسته‌ها برای قرار دادن انگورها در خوشه‌ها تولید می‌شوند. هنگامی که فرآیند بسته‌بندی کامل شد، انگشتان باز شده و بسته را رها می‌کنند. این کار فنرهای برگ را می‌بندد، که بسته را مهر و موم کرده و از باز شدن مجدد آن جلوگیری می‌کند.[۸]

گیرنده

[ویرایش]

گیرنده ربات یک وسیله گرفتن است که برای برداشت محصول هدف استفاده می‌شود. طراحی گیرنده بر اساس سادگی، هزینه کم و اثربخشی است. بنابراین، طراحی معمولاً شامل دو انگشت مکانیکی است که هنگام انجام کار خود قادر به حرکت همزمان هستند. جزئیات طراحی به کاری که انجام می‌شود بستگی دارد. برای مثال، در روشی که نیاز به برش گیاهان برای برداشت داشت، گیرنده به یک تیغه تیز مجهز شد.

مانیپولاتور

[ویرایش]

مانیپولاتور به گیرنده و اند افکتور اجازه می‌دهد تا در محیط خود حرکت کنند. مانیپولاتور از پیوندهای موازی چهار میله‌ای تشکیل شده است که موقعیت و ارتفاع گیرنده را حفظ می‌کند. مانیپولاتور همچنین می‌تواند از یک، دو یا سه عملگر پنوماتیک استفاده کند. عملگرهای پنوماتیک موتورهایی هستند که با تبدیل هوای فشرده به انرژی، حرکت خطی و دورانی تولید می‌کنند. عملگر پنوماتیک به دلیل نسبت توان به وزن بالای آن، مؤثرترین عملگر برای ربات‌های کشاورزی است. مقرون به صرفه‌ترین طراحی برای مانیپولاتور، پیکربندی عملگر تکی است، اما این گزینه کمترین انعطاف را دارد.[۹]

توسعه

[ویرایش]

اولین توسعه رباتیک در کشاورزی به اوایل دهه ۱۹۲۰ بازمی‌گردد، زمانی که تحقیقات برای ادغام راهنمایی خودکار وسیله نقلیه در کشاورزی آغاز به شکل‌گیری کرد.[۱۰] این تحقیق منجر به پیشرفت‌های بین دهه‌های ۱۹۵۰ و ۶۰ در وسایل نقلیه کشاورزی خودکار شد.[۱۰] با این حال، این مفهوم کامل نبود، زیرا وسایل نقلیه هنوز به یک سیستم کابل برای هدایت مسیر خود نیاز داشتند.[۱۰] ربات‌ها در کشاورزی با توسعه فناوری‌ها در سایر بخش‌ها به توسعه خود ادامه دادند. تا دهه ۱۹۸۰، پس از توسعه کامپیوتر، راهنمایی بینایی ماشین ممکن شد.[۱۰]

سایر توسعه‌ها در طول سال‌ها شامل برداشت پرتقال با استفاده از یک ربات در فرانسه و ایالات متحده بود.[۱۰][۱۱]

در حالی که ربات‌ها برای دهه‌ها در محیط‌های صنعتی سرپوشیده گنجانده شده‌اند، ربات‌های فضای باز برای استفاده در کشاورزی پیچیده‌تر و دشوارتر برای توسعه در نظر گرفته می‌شوند.[نیازمند منبع] این به دلیل نگرانی‌های ایمنی، بلکه به دلیل پیچیدگی چیدن محصولات تحت تأثیر عوامل محیطی مختلف و غیرقابل پیش‌بینی است.[۱۲]

تقاضا در بازار

[ویرایش]

نگرانی‌هایی در مورد میزان نیروی کار مورد نیاز بخش کشاورزی وجود دارد. با جمعیت سالخورده، ژاپن قادر به برآوردن تقاضای بازار کار کشاورزی نیست.[۱۲] به طور مشابه، ایالات متحده در حال حاضر به تعداد زیادی کارگر مهاجر وابسته است، اما بین کاهش کارگران مزرعه فصلی و افزایش تلاش‌های دولت برای توقف مهاجرت، آن‌ها نیز قادر به برآوردن تقاضا نیستند.[۱۲][۱۳] مشاغل اغلب مجبور می‌شوند محصولات را به دلیل عدم توانایی در چیدن همه آن‌ها تا پایان فصل بپوسانند.[۱۲] علاوه بر این، نگرانی‌هایی در مورد جمعیت رو به رشدی وجود دارد که در سال‌های آینده نیاز به تغذیه دارند.[۱۲][۱۴] به همین دلیل، تمایل زیادی برای بهبود ماشین‌آلات کشاورزی برای مقرون به صرفه‌تر و قابل دوام کردن آن برای استفاده ادامه‌دار وجود دارد.[۱۲]

کاربردها و روندهای فعلی

[ویرایش]

بسیاری از تحقیقات فعلی به سمت وسایل نقلیه کشاورزی خودکار ادامه می‌یابد. این تحقیق بر اساس پیشرفت‌های انجام شده در سیستم‌های کمک راننده و خودروهای خودران است.[۱۳]

در حالی که ربات‌ها قبلاً در بسیاری از مناطق کار مزرعه کشاورزی گنجانده شده‌اند، هنوز تا حد زیادی در برداشت محصولات مختلف отсут دارند. این با توسعه ربات‌هایی توسط شرکت‌ها برای انجام وظایف خاص‌تر در مزرعه شروع به تغییر کرده است. بزرگترین نگرانی در مورد ربات‌های برداشت محصول، برداشت محصولات نرم مانند توت فرنگی است که به راحتی می‌تواند آسیب ببیند یا کاملاً از دست برود.[۱۲][۱۳] علیرغم این نگرانی‌ها، پیشرفت در این زمینه در حال انجام است. به گفته گری ویشناتزکی، بنیانگذار مشترک Harvest Croo Robotics، یکی از چیننده‌های توت فرنگی آن‌ها که در حال حاضر در فلوریدا در حال آزمایش است، می‌تواند "یک مزرعه ۲۵ هکتاری را تنها در سه روز بچیند و یک خدمه حدود ۳۰ کارگر مزرعه را جایگزین کند".[۱۳] پیشرفت مشابهی در برداشت سیب، انگور و سایر محصولات در حال انجام است.[۱۱][۱۳][۱۴] در مورد ربات‌های برداشت سیب، توسعه‌های فعلی برای تجاری شدن بسیار کند بوده است. ربات‌های مدرن قادر به برداشت سیب با نرخ یک عدد در هر پنج تا ده ثانیه هستند در حالی که انسان به طور متوسط با نرخ یک عدد در ثانیه برداشت می‌کند.[۱۵]

هدف دیگری که توسط شرکت‌های کشاورزی تعیین شده است شامل جمع‌آوری داده‌ها است.[۱۴] نگرانی‌های فزاینده‌ای در مورد جمعیت رو به رشد و کاهش نیروی کار موجود برای تغذیه آن‌ها وجود دارد.[۱۲][۱۴] جمع‌آوری داده‌ها به عنوان راهی برای افزایش بهره‌وری در مزارع در حال توسعه است.[۱۴] AgriData در حال حاضر در حال توسعه فناوری جدیدی برای انجام این کار و کمک به کشاورزان برای تعیین بهتر بهترین زمان برای برداشت محصولات خود با اسکن درختان میوه است.[۱۴]

کاربردها

[ویرایش]

کنترل علف هرز / کاربرد علف‌کش

[ویرایش]

چیدن / برداشت

[ویرایش]
  • ربات‌های چیدن در حال توسعه هستند[۲۴]
  • Vinobot و Vinoculer[۲۵][۲۶][۲۷]
  • Burro، یک ربات حمل‌کننده و دنبال‌کننده مسیر با پتانسیل گسترش به چیدن و آسیب‌شناسی گیاهی[۲۸]
  • Harvest Automation شرکتی است که توسط کارمندان سابق iRobot برای توسعه ربات‌ها برای گلخانه‌ها تأسیس شده است[۲۹]
  • Small Robot Company طیفی از ربات‌های کشاورزی کوچک توسعه داده است که هر کدام بر یک کار خاص (وجین، سمپاشی، سوراخ کردن و ...) متمرکز هستند و توسط یک سیستم هوش مصنوعی کنترل می‌شوند[۳۰]

بذرکاری / کاشت

[ویرایش]

چندمنظوره / عمومی / سایر

[ویرایش]
  • ROS Agriculture - نرم‌افزار منبع باز برای ربات‌های کشاورزی با استفاده از سیستم عامل ربات[۳۴]
  • VAE، در حال توسعه توسط یک استارتاپ فناوری کشاورزی آرژانتینی، هدف تبدیل شدن به یک پلتفرم جهانی برای کاربردهای کشاورزی متعدد، از سمپاشی دقیق تا مدیریت دام است.[۳۷]
  • ACFR RIPPA: برای سمپاشی نقطه‌ای[۳]
  • ACFR SwagBot; برای نظارت بر دام
  • ACFR Digital Farmhand: برای سمپاشی، وجین و بذرکاری[۳۸]
  • Thorvald - یک ربات کشاورزی چندمنظوره مدولار خودکار توسعه یافته توسط Saga Robotics.[۳۹]
  • Fieldrobot Event یک مسابقه در رباتیک میدانی کشاورزی است[۴۰]
  • بارورسازی ابرها،[۴۱]

همچنین ببینید

[ویرایش]
  1. ↑ Cousins, David (24 February 2016). "Self-driving Ibex robot sprayer helps farmers safely tackle hills". Farmers Weekly (به انگلیسی). Retrieved 2016-03-22.
  2. ↑ Ackerman, Evan (12 November 2015). "Bosch's Giant Robot Can Punch Weeds to Death". IEEE.
  3. 1 2 "Our Robots". ACFR Confluence. Archived from the original on 2020-05-09. Retrieved 2016-08-09.
  4. ↑ Anderson, Chris. "How Drones Came to Your Local Farm" (به انگلیسی). MIT Technology Review. Archived from the original on 7 March 2017. Retrieved 24 May 2017.
  5. ↑ Mazur, Michal (July 20, 2016). "Six Ways Drones Are Revolutionizing Agriculture" (به انگلیسی). MIT Technology Review. Retrieved 24 May 2017.
  6. ↑ Global Agriculture Robots Market Size By Type (Driverless Tractors, Automated Harvesting Machine, Others), By Application (Field Farming, Dairy Management, Indoor Farming, Others) By Geography Scope and Forecast (Report). Verified Market Research. September 2018. 3426.
  7. ↑ Belton, Padraig (2016-11-25). "In the future, will farming be fully automated?". BBC News (به انگلیسی). Retrieved 2016-11-28.
  8. ↑ Monta, M.; Kondo, N.; Shibano, Y. (21–27 May 1995). "Agricultural Robot in Grape Production System". Proceedings of 1995 IEEE International Conference on Robotics and Automation. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Vol. 3. Nagoya: Institute of Electrical and Electronics Engineers. pp. 2504–2509. doi:10.1109/ROBOT.1995.525635. ISBN 0-7803-1965-6.
  9. ↑ Foglia, M. M.; Reina, G. (2006). "Agricultural robot for radicchio harvesting" (PDF). Journal of Field Robotics. 23 (6–7): 363–377. doi:10.1002/rob.20131. S2CID 31369744.
  10. 1 2 3 4 5 Yaghoubi, S.; Akbarzadeh, N. A.; Bazargani, S. S.; Bazargani, S. S.; Bamizan, M.; Asl, M. I. (2013). "Autonomous Robots for Agricultural Tasks and Farm Assignment and Future Trends in Agro Robots". International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering. 13 (3): 1–6. CiteSeerX 10.1.1.418.3615.
  11. 1 2 Harrell, Roy (1987). "Economic Analysis of Robotic Citrus Harvesting in Florida". Transactions of the ASAE. 30 (2): 298–304. doi:10.13031/2013.31943.
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 Dorfman, Jason (December 12, 2009). "Fields of automation". The Economist (به انگلیسی). Retrieved 2018-05-29.
  13. 1 2 3 4 5 Daniels, Jeff (2018-03-08). "From strawberries to apples, a wave of agriculture robotics may ease the farm labor crunch". CNBC. Retrieved 2018-05-29.
  14. 1 2 3 4 5 6 Simon, Matt (May 31, 2017). "Robots Wielding Water Knives Are the Future of Farming". Wired (به انگلیسی). Retrieved 2018-05-29.
  15. ↑ Bogue, Robert (2016-01-01). "Robots poised to revolutionise agriculture". Industrial Robot. 43 (5): 450–456. doi:10.1108/IR-05-2016-0142. ISSN 0143-991X.
  16. ↑ Papadopoulos, Loukia (21 October 2022). "This new farming robot uses lasers to kill 200,000 weeds per hour". interestingengineering.com. Retrieved 17 November 2022.
  17. 1 2 "Verdant Robotics launches multi-action agricultural robot for 'superhuman farming'". Robotics & Automation News. 23 February 2022. Retrieved 17 November 2022.
  18. ↑ "Small Robot Company Tom, Dick, and Harry farm robots: The 200 Best Inventions of 2022". Time (به انگلیسی). Retrieved 17 November 2022.
  19. ↑ "Blue River See & Spray Tech Reduces Herbicide Use By 90%". Archived from the original on 2019-03-22. Retrieved 2019-03-22.
  20. ↑ "How Blue River's technology could change agriculture forever". 5 August 2017.
  21. ↑ "See & Spray Agricultural Machines - Blue River Technology". See & Spray Agricultural Machines - Blue River Technology. Retrieved 2 April 2018.
  22. ↑ "Agricultural robot starts UK trials". The Engineer. 22 February 2016. Retrieved 2016-03-22.
  23. ↑ "ecoRobotix plans spot-spraying robot for weed control".
  24. ↑ Paquette, Danielle. "Farmworkers vs robots: Will tomorrow fruit pickers be made of steel and tech?". Washington Post (به انگلیسی). Retrieved 5 December 2022.
  25. ↑ Shafiekhani, Ali; Kadam, Suhas; Fritschi, Felix B.; DeSouza, Guilherme N. (2017-01-23). "Vinobot and Vinoculer: Two Robotic Platforms for High-Throughput Field Phenotyping". Sensors (به انگلیسی). 17 (1): 214. Bibcode:2017Senso..17..214S. doi:10.3390/s17010214. PMC 5298785. PMID 28124976.
  26. ↑ Ledford, Heidi (2017-01-26). "Plant biologists welcome their robot overlords". Nature (به انگلیسی). 541 (7638): 445–446. Bibcode:2017Natur.541..445L. doi:10.1038/541445a. PMID 28128274.
  27. ↑ University of Missouri-Columbia (March 28, 2017). "Fighting world hunger: Robotics aid in the study of corn and drought tolerance". Phys.org. Retrieved 2017-11-26.
  28. ↑
  29. ↑ "Harvest Automation Inc". www.harvestautomation.com. Retrieved 2 April 2018.
  30. ↑ "How small robots may kill the tractor and make farming efficient". Wired.
  31. ↑ "Autonomous seeder and planter projects".
  32. ↑ "Polly+ helps Thanet Earth and FoodVentures grow". www.hortidaily.com (به انگلیسی). 2025-05-21. Retrieved 2025-06-02.
  33. ↑ "Fields of automation". The Economist.
  34. ↑ "ROS Agriculture". An ecosystem to empower farmers with robotic tools.
  35. ↑ "FarmBot - Open-Source CNC Farming". farmbot.io. Retrieved 2 April 2018.
  36. ↑ Olewitz, Chloe (28 July 2016). "FarmBot DIY agriculture robot promises to usher in the future of farming". Digital Trends. Retrieved 2 April 2018.
  37. ↑ "Presentaron un vehículo agrícola que robotiza la aplicación de agroquímicos". La Nacion (به اسپانیایی). 2017. Archived from the original on Jun 12, 2018. Retrieved 2018-06-07.
  38. ↑ "Agriculture Robots at The University of Sydney". Sydney.edu.au. 2016.
  39. ↑ "Where plant biology meets cutting-edge technology - Thorvald - Saga Robotics". sagarobotics.com. Retrieved 6 September 2019.
  40. ↑ "The Field Robot Event".
  41. ↑ Craft, Andrew (1 March 2017). "Making it rain: Drones could be the future for cloud seeding". Fox News. Retrieved 24 May 2017.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=ربات_کشاورزی&oldid=43064549»