收割機器人可以使綠蘆筍更便宜 DLS 線性導軌
為什麼蘆筍是歐洲最昂貴的蔬菜之一？因為收割機必須費力地逐個刺穿每根莖。機器人可以改變這一現狀，不萊梅機電一體化中心 (BCM) 的工程師正在開發一款機器人。它與收割工具配合使用，收割工具在線性引導系統專家 HepcoMotion 的精密導軌上運行。
蘆筍在英國消費者中越來越受歡迎，但對農民來說，這意味著春天的壓力。這是因為他們必須在如此短的時間內收穫大量木材——根據聯邦統計局的數據，2015 年收穫量為 112,100 噸。田裡的工作很辛苦，工人們必須把每一根莖都砍斷。因此，難怪農民越來越難招到工人，而且由於工資成本的原因，只能以高價提供蘆筍。
機器人使用攝像系統來識別哪些蘆筍莖已準備好收割
人們非常需要自動化，順便說一句，自動化在蘆筍的種植中早已實現。確實有很多方法，但到目前為止，在收割方面還沒有機器能夠超越人類。意識到這一需求，綠蘆筍收割機器人系統項目（Garotics）正在開發綠蘆筍收割機器人。不萊梅機電一體化中心 (BCM)、來自布克斯特胡德的包裝機械製造商 Strauss 和英國農業公司 C. Wright & Son 也在參與該項目。
收割機機器人的基礎是一個帶有四個輪子和前輪驅動的底盤。在前輪之間的中心安裝了一個攝像系統，可以在綠蘆筍莖經過時對其進行拍攝。與白蘆筍不同，綠蘆筍生長在地面以上。然後，攝影處理軟件會識別出成熟可採收的莖稈。
“建造一種可以把所有東西都割掉的割草機是沒有意義的，因為莖的生長速度不同。因此，挑戰之一是實施能夠區分不同生長階段的圖像處理。”
HepcoMotion 的線性導軌可實現收割工具的精確定位
然後，軟件將成熟樣品的坐標進一步引導至工具頭，該工具頭安裝在由 HepcoMotion 不銹鋼製成的硬化且精密切割的線性導軌下方。工具頭可以在正時皮帶驅動的托架上從一側移動到另一側，橫跨整個車輛寬度。
驅動力來自位於直線導軌側面的帶有蝸輪的交流減速電機。“DLS 系統的電機功率可達 1.1 kW，齒輪減速比為 5:1 至 75:1，”HepcoMotion 德國北部現場銷售區域經理 Mark Völkers 解釋道。“這使得驅動力高達 750 牛頓，速度高達每秒 1.4 米，使用特殊電機可以達到每秒 5 米”。收割機器人同時與兩個工具頭一起工作，工具頭可以在兩個相互獨立的軌道上移動，從而實現高吞吐量。
HepcoMotion 的環段只需一個驅動器即可進行旋轉運動
一旦工具頭定位，它就會從後向下旋轉夾臂。對於該運動，工程師使用了另一個 HepcoMotion 系統：PRT2。該解決方案涉及一系列不銹鋼環和環段。它們可以通過直導軌連接到各種開放和封閉的軌道上。蘆筍機器人的工具頭兩側都有 90 度彎曲，並配有直件。夾臂用螺釘固定在帶有 V 型導向軸承的托架上，軸承有同心和偏心佈置。這些滾子從上方和下方與環段的感應硬化 V 形軌道嚙合。
該運動受到同步帶的影響，同步帶拉動滑架和夾臂穿過 25 毫米寬的導軌，從而產生樞轉運動。電機安裝在工具頭的外側。較慢的運動必須提前開始，這可能會導致夾臂損壞任何尚未準備好收穫的未成熟蘆筍莖。一旦夾臂下降，就會觸發氣缸，驅動剪斷動作並同時夾持蘆筍，同時機器人以每秒 0.5 米的速度持續向前移動。然後整個工具頭移動到一側並將蘆筍放置在傳送帶上。
“其特點是，由於採用了導軌系統，只需一個節省空間的驅動器即可實現夾具的線性運動和旋轉。滾輪導軌還允許夾臂相對快速地下降，並且由於下降時線性運動和旋轉的結合，可以安裝在兩根蘆筍莖之間的小距離中。”
蘆筍在許多不同的國家種植，這意味著環境條件非常多樣化（可能熱或冷、多塵或潮濕）。這是工程師決定使用HepcoMotion 的另一個原因，因為該系統可以承受惡劣的環境條件。“V 形導軌原理實際上是自清潔的”Völkers 說。在車廂行駛過程中，軸承將鐵軌上的污垢推開。” 此外，與軸承循環系統不同，由於所有部件均耐腐蝕，因此無需潤滑。因此，蘆筍永遠不會接觸到銹病。“這是食品行業需要滿足的基本要求之一。”
現場測試
工程師們與來自英國的項目合作夥伴 C. Wright & Son 在實際條件下測試了蘆筍收穫機。“在這次現場測試中，我們希望了解電池能為機器供電多長時間”，Strauss 說道。挑戰之一也是收割工具的速度。“到目前為止，它們的速度並不比人類收割機快”，但如果能量供應充足，它們可以在地里工作24小時沒有任何問題。這可以使未來的收穫更加經濟，並使蘆筍更便宜。