Tarımsal alanlarda yapılması gereken işler için farklı tipte robotlar geliştirilmektedir. Bunlar arasında hava robotları, yer robotları, geleneksel kara veya hava araçları olmayan bazı özel robotlar ve çoklu robot sistemleri yer alır. Bu makale, bu botlar ve faydaları hakkında bilgi içermektedir.
İçindekiler
tarımsal hava robotları
Uluslararası İnsansız Araç Sistemleri Derneği (AUVSI), 2013 yılında insansız hava araçlarının (İHA) sivil kullanımının ABD ekonomisi üzerindeki gelecekteki etkisini vurgulayan bir ekonomik rapor yayınladı. Bu belge, birçok alanda iki pazarı vurgulamaktadır: kamu güvenliği ve hassas tarım. Bu son pazarın önümüzdeki on yıl içinde ekonomi ve istihdam açısından açık ara en büyüğü olacağı sonucuna varıyor.
Son yıllarda, tarımsal işletmelerden elde edilen veriler esas olarak insanlı uçaklar, uydular veya doğrudan yer seviyesindeki özel uzmanlar tarafından toplanmıştır. Bu yöntemlerin kullanılabilirliği, bulutların varlığı, uzun veri dağıtım süreleri, özel izinlere ihtiyaç duyulması ve bazı ürünler için ödüller gibi bazı sınırlamalara sahiptir. Buna karşılık, dronlar verimli bir şekilde konuşlandırılabilir, birden fazla sensör türü taşıyabilir, yüksek düzeyde kısıtlayıcı izinler gerektirmez ve uygun maliyetli bir alternatif haline gelebilir. Bu avantajlar, dikey kalkış ve iniş (VTOL) araçlarının, özellikle dört tekerlekli araçların ortaya çıkmasıyla daha da geliştirildi.
Hassas tarımda dronların ilk uygulamalarından biri, tarımsal işletmeler üzerindeki su stresini ölçmekti. Bugün, dronlar termal ve hiperspektral kameraların yanı sıra flüoresan sensörlerle donatılmıştır. Araştırmacılar, bir narenciye bahçesinde su stresi gradyanı oluşturmak için kontrollü bir sulama açığı oluştururken yazarları takip etti. Sabit kanatlı bir insansız hava aracına monte edilmiş mikrotermal kameralardan ve hiperspektral kameralardan elde edilen verileri yapraklar üzerindeki ölçümlerle karşılaştırdılar ve su stresini ölçmek için atmosferik yöntemlerini doğruladılar. Bu ve benzeri çalışmalarda havadan termografinin sulamanın iyileştirilmesi için uygulanabilirliği ve faydaları ortaya konulmuştur.
Hava araçlarının hassas tarımda başka bir kullanımı, verim tahmini için mahsulleri izlemek, fungisitlerin ve gübrelerin miktarını doğru bir şekilde hesaplamak ve patojen tespiti içindir. İki farklı nitrojen muamelesi altında arpa kullanımının biyokütlesini tahmin etmek için bir RGB kamera kullanıldı. Sonuçlar, bitki boyuna bağlı olarak beş farklı mahsul yüzeyi modelinde doğrulandı. Kümeleme teknikleri, buğday işleme biyokütlesini RGB görüntüleri aracılığıyla tahmin etmek için uygulandı. Yöntem, bitkinin yüksekliğinin doğrudan zeminde ölçülmesiyle geliştirilmiştir. Bu çalışmalar, bu aracın fizibilitesini, fizibilitesini ve doğruluğunu göstermektedir.
İzlenecek bir başka ilginç parametre de yaprak yüzeyinin birim alana oranı olarak tanımlanan yaprak alanı indeksidir. Hiperspektral kamerayı kullanarak ve panjurların güneş modelini yansıtarak mısır, patates ve ayçiçeği tarlalarının LAI’sini tahmin ettiler. Bağlardaki LAI’yi tahmin etmek için bir 3D görsel modelleme tekniği kullanıldı ve bu, yaklaşık %57’lik bir doğruluk azalmasıyla sonuçlandı. Bu yöntem günümüzde doğruluğu az gibi görünse de diğer yöntemlere göre hızlı, ucuz ve pratiktir. Bu teknik, buğday ve kolza tohumu mahsulleri için LAI’yi ölçmek üzere dört kamera kullanır ve karşılık gelen görüntüleri örtüştürür. Yöntemin ışık koşullarına bağımlılığını vurgulasa da, yer seviyesindeki ölçümlerle karşılaştırıldığında çok iyi korelasyon sağlar.
Ayrıca dronlar, tarımsal işletmelerde hastalıkların önlenmesi için pratik bir araçtır. Multispektral kameralarla donatılmış bir drone ve insanlı bir uçak kullanıyor. Hastalıkların etkilerini keşfetmek ve sonuçları mutlak gerçekle karşılaştırmak için dört sınıflandırma algoritması uygular. Narenciye ağaçlarındaki yaprak hastalıklarını tespit etmek için yeni bir hava kaynaklı optik sensör önerildi ve deneyler %93’lük bir doğruluk gösteriyor. Bu yöntemler sadece narenciye ağaçları için değil, zeytin, avokado ağaçları, patates ve asmalar için de kullanılmıştır.
Bu kullanım, birçok ülkedeki kısıtlamalar nedeniyle dünya çapında geniş çapta yayılmamış olsa da, gübrelerin ve böcek ilaçlarının dronlar tarafından yerel olarak püskürtülmesiyle ilgili bazı deneyler ve araştırmalar yapılmıştır. Örneğin, sanal bir alanın üzerine bir pestisit sensörleri ağı yerleştirilirken, bir dron ihtiyaç duyuldukça kimyasalları püskürtür. Sensörler, optimum yörünge için ayarlanan ve pestisit atıklarını azaltan drone’ya geri bildirim sağlar. Daha pratik ve kapsamlı bir çalışmada, pirinç mahsullerinin bulunduğu bir tarlada, bitkilerin farklı yüksekliklerinde biriken tedavi yüksekliği, hızı ve hacmi gibi farklı ilaçlama parametrelerinin test edildiği belirlenmiştir.
Hiperspektral ve termal kameralarla donatılmış drone’lar, tarımsal işletmelerin performansını artırmak, maliyetleri düşürmek ve verimliliği artırmak için ekonomik ve pratik bir sistemdir. Genişlemesi, yeni sensörlerin geliştirilmesi ve yeni yasal çerçevelerin oluşturulmasıyla önümüzdeki yıllarda da devam edecek.
Tarımda yer robotları
Sistematik tasarım yöntemleri, araştırmacılara tasarım seçimlerinde yardımcı olurken, ekonomik analiz bir sistemin kabul edilebilir maliyetini hesaba katar. Mühendislik gereksinimlerine dayalı süreç raporları tasarlayın. Donanım kararları bot performansını, algoritma karmaşıklığını ve nihayetinde sistem maliyetlerini etkiler. Yer robotlarına yönelik bazı yaklaşımlar, farklı tarım uygulamalarında uygulanan platforma, işlemciye ve son efektöre özel dikkat gösterilerek gözden geçirilir.
Platform açısından, özel mobil botlar en popüler seçimdir. Birkaç araştırmacı, izlenen ve izlenen platformların sağlamlığını tanımladı, ancak tekerlekli robotlar, basitlikleri nedeniyle iyi seçenekler olarak gösterildi. Bu platformların tümü, bir navigasyon stratejisi olarak GPS, odometri, hat yönlendirme, rota planları ve insanlı yaklaşımlar gibi yaklaşımları içerebilir. Diğer robotlar, hareket etmelerini sağlamak için tarlada sulama boruları veya rayları kullanır.
Manipülatörlerin en yaygın yapılandırması, ayrıntılı geliştirmede 3 DoF’a (serbestlik derecesi) yakındır. Bu, ticari manipülatörleri içeren uygulamaların yüksek maliyetine bağlanabilir. Manipülatörler genellikle ısmarlama olsa da, seçilen DOF sayısına ilişkin hiçbir analiz veya yorum genellikle yazarlar tarafından detaylandırılmaz. Manipülatör hareketleri basitleştirildi ve yüksek DOF sayılarından kaçınıldı.
Son olarak, çoğu uç efektör, iki parmakla çalışacak şekilde tasarlanmıştır, çünkü çoğu kavrama onlar tarafından yapılabilir ve bunlar, yumrukları kavramaya uygun en küçük mekanik yapılardır. Ek olarak, kavrama genellikle emme çeneleri kullanılarak elde edilir; Bu nedenle, nihai efektörler esas olarak elektrik ve pnömatik sistemler tarafından tahrik edilir. Nihai efektlerin çoğu sipariş üzerine yapılır. Bu tasarım seçimi, işlenecek çeşitli meyve ve sebzelerin yanı sıra gerçekleştirilecek çeşitli görevlerle ilgili olabilir. Ek olarak, manipüle edilmiş mobil platformdan kaynaklanan sorunları son yanıtlayıcının davranışı aracılığıyla çözmeye çalışmak yaygın bir uygulamadır; Bu, iki tutamacın daha fazla özelleştirilmesine yol açar.
Özel tarım robotları
Geleneksel yer tabanlı robotlar, tekerlekli ve tırtıl hareket sınırlamaları ile ilgili olarak çeşitli sınırlamalar sunar. Ek olarak, özellikle görevin yüzeyde veya kapalı bir alanda yapılması gerektiğinde, hava robotlarının kullanımı her zaman mümkün değildir. Literatürde, alternatif hareket sistemlerine sahip robotların tarımsal görevlere uygulandığı bazı durumlar vardır. Küre robotlar, hareketlerini kararsızlıkla üreten sistemlerdir. Bu botlar keşif, gözetleme gibi farklı uygulama ve senaryolarda kullanılmaktadır. Yazarlar, ROSPHERE’i hassas tarımda toprak sıcaklığını ve nemi ölçmek için yeni, düşük maliyetli küresel bir robot olarak tanımlıyor. Benzer boyut ve yeteneklere sahip tekerlekli robotlarla karşılaştırıldığında, ROSPHERE engebeli arazide çok daha hafif ve çok daha dayanıklıdır.
Birçok robot, biyolojik evrimi kopyalama çabasıyla biyolojik ilhamla tasarlanır. Örneğin mühendisler, altı ayaklıların herhangi bir arazide yürüyebildiğini fark ettiler ve bu nedenle onların fizyolojik ve yürüyüş modellerini kopyaladılar. Bağımsız olarak ekebilen, bakımını yapabilen ve hasat edebilen altı ayaklı bir prototip robot olan Prospero’nun durumu böyledir. Başka bir örnek, Harvard Üniversitesi’nin arılardan ilham alan havayla çalışan küçük robotları RoboBees’dir. Bu robotlar, dağıtılmış çevresel izleme için uygulanır ve mahsullerin tozlaşmasına yardımcı olur.
Tarımsal çoklu robot sistemleri
Bazen, tek bir robot bazı karmaşık görevleri (örneğin, birden çok yerde koordineli eylemler gerektiren) veya basit görevleri gereken sürede (örneğin, görevlerin geniş alanlarda gerçekleştirilmesi gerektiğinde) gerçekleştiremeyebilir. Bu durumlarda bot ekipleri, bireysel botlara göre verimlilik, üretkenlik, esneklik ve hata toleransı gibi bazı avantajlar sunabilir.
Literatür tarafından bildirilen tarımsal görevler için robot ekiplerinin çoğu vakası homojendir. Geniş alanlarda veri toplamak için tek bir insansız hava aracı yerine bir insansız hava aracı filosu kullanmak yaygındır ve alan dağılımı ve yörünge planlaması için birçok teknik vardır. Örneğin, düşük maliyetli kameralı dronlardan oluşan küçük bir ekip, su kullanımını kontrol etmek ve yönetmek için kullanılabilir, aynı sonuçları elde edebilir ve daha iyi bir kameraya sahip tek bir dron olarak daha sağlam bir operasyon sağlayabilir.
Bununla birlikte, bazı çiftçilik uygulamaları heterojen robot ekipleri gerektirir. En yaygın durum, görevin daha etkili hava operasyonlarından ve diğerlerinden daha etkili olanlardan oluşmasıdır. Örneğin, hava robotları, görüntü yakalayarak ve veri toplayarak (su dağılımı veya yabani otların yeri gibi) geniş alanları verimli bir şekilde tarayabilirken, yer robotları ekinler üzerinde daha agresif ve hassas hareket edebilir (sulama veya işleme gibi). Farklı robotların avantajlarını birleştirin ve dezavantajlarını telafi edin.
kaynak:
buildin.com/robotics/farming-agrikültürel-robotlar
stanleyinnovation.com/agriculture-robotics-industry/
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]