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item案例|除草机器人——告别除草剂的未来农业

2021-06-07
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环保型杂草控制技术,学生实践项目让我们远离农药指日可待。


农业中使用除草剂,对人类和环境有着巨大的风险,地下水中就经常会发现除草剂的残留物,瑞士受到这类污染的影响尤其严重。还有研究发现,除草剂以及它的分解产物,也广泛的存在于空气中。


此外,相关研究机构对德国 165 地点进行调查后发现,有四分之三的地区存在上述物质,这些地点距离喷洒过除草剂的田地从 100 米到 1000 多米不等。尽管如此,目前仍然没有任何解决方案在有效性和成本方面比得上除草剂。


为此,苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和瑞士西北应用科学与艺术大学(University ofApplied Sciences and Arts Northwestern Switzerland)的一组学生开发了出了自主除草机器人的原型——Rowesys,即“机器人除草系统”。它工作时完全不使用除草剂,而是以纯机械的方式消除杂草。


温和无毒的 | 杂草控制技术


作为重点项目的一部分,Rowesys 在短短九个月内就完成了开发。研发团队共有十名成员,包括六名机械工程师、两名电气工程师和两名工业设计师。这类重点项目通常是在学士学位课程结束时开展,需要学生将课堂上所学的知识融入实际应用,并充分考虑产品开发的每一个阶段。


这个四轮除草机器人重 300 千克,尺寸 2100 × 940 × 1200 毫米,主要用于甜菜田的杂草控制。由于甜菜特别容易受到杂草的侵害,因此甜菜田非常适合用来演示 Rowesys 的除草能力。尽管除草机要通过手动控制才能到达甜菜田,但一旦到了田地,它就可以自主除草。


Rowesys 除草机有两个摄像头。前置摄像头可以识别一垄垄嫩绿的甜菜,并适当调整除草机的位置。第二个摄像头垂直对准地面,确保正确识别甜菜和杂草,以便将两者区别处理。


在除草机器人的后侧有四个犁头,这就是除草的“利器”。这些小型犁头可以深入地下两厘米的位置,将杂草从根部分离,分离后的杂草将在地表自然风干


对于甜菜垄行内的杂草,更大的挑战是在除草的同时不伤害甜菜。因此,犁头应该张开还是闭合,取决于第二个摄像头传递给除草系统的信息。犁头不能触碰甜菜,这是非常重要的一点。


除草机器人在除草时的行进速度为 0.2 米/秒,速度可达 1 米/秒(即 3.6 千米/时)。借助 Rowesys 除草机上的各种噪音和 LED 灯的颜色,我们可以判断除草机的当前模式。除草机内部的电子设备封装在一个设计简约但非常具有未来主义色彩的铝制外壳内。


这些小型犁头可以深入地下两厘米的位置,将杂草从根部分离,分离后的杂草将在地表自然风干。


型材技术助力 | 农业可持续发展


除草机器人的核心“骨架”是一个框架结构,由 item 的铝型材搭建而成,而车轮、完整的电子设备和电机就安装在这个框架上除此之外,机器人的犁头结构也采用了型材技术。


一开始,研发团队考虑了许多不同的型材结构,包括钢结构。“但是,我们对焊接总是有所担忧。这是我们的第一个原型,我们希望它具有更大的灵活性。显然,钢结构不能满足我们的要求。此外,在钢结构上安装各种固定装置也很棘手,需要许多额外的工作。


后来,苏黎世联邦理工学院的一位项目教练给我们提供了一些建议——他建议我们试一试 item 的型材技术,还特别强调了 item 紧固件的灵活性以及 MB 工业铝型材装配系统的稳定性。


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在另一个开发创新型机器人的重点项目 CHIRON 中,团队成员的积极反馈也促使我们做出了决定。然后,CHIRON 项目的参与者帮助我们与 item 瑞士分公司取得了联系。“除了 item 作为赞助商给予的支持和型材技术的灵活性之外,我们收到的建议也很有帮助。由于与 item 合作,整个订货、设计和制造过程要比原先设想的容易得多。通过 item Engineeringtool 进行在线设计,也为我们节省了很多时间。” Lieberherr 说道。


现在,项目团队已经为进一步优化除草机器人制定了计划,这充分说明,借助创新技术可以实现农业的可持续发展。从各方面来说,可持续发展都是苏黎世联邦理工学院的重中之重,比如,工作人员每飞行一公里时,其所在学院就要向一个特别基金支付一笔费用。该基金的负责人会联系学生,并要求他们针对重点项目提供创意,以便推动联合国可持续发展目标的实现,这就是 Rowesys 项目启动的原因。



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