В интеллектуальных приложениях для сельского хозяйства компании используют системы управления движением для повышения надежности своих конструкций. Достижения в области технологий автоматизации, а также связанные с ними достижения в области датчиков, визуализации и связи привели к усовершенствованию систем управления движением, используемых в сельском хозяйстве, а также в других областях применения вне дорог.

Это означает, что в ближайшие годы рынок интеллектуального сельского хозяйства будет только расти. Только в США ожидается, что с 2024 по 2030 год среднегодовой рост рынка интеллектуального сельского хозяйства составит 10,4%.

Редакторы журнала Design World недавно опросили ряд ведущих производителей, работающих в сфере сельского хозяйства и автоматизации внедорожных транспортных средств, о тенденциях, которые они наблюдают. Вот что они ответили.

Познакомьтесь с экспертами

Брайан Берк | Менеджер по продуктам III • Бишоп-Корпорация остряков.
Крис Колдуэлл | менеджер по продукции – погрузочно-разгрузочные работы • Яскава Мотоман
Брайан Денгел | Генеральный директор • KHK USA Inc.
Карен Филд | вице-президент по контент-маркетингу • Avnet (Авнет)
Трэвис Гилмер | Менеджер продуктовой линейки – Линейные приводы • Thomson Industries Inc.
Майкл Джунта | вице-президент по продажам и маркетингу • Macron Dynamics Inc.
Рамон Гитарт | вице—президент по инжинирингу — электрические двигатели • Бесконечность
Алекс Маркес | Менеджер по продуктам • Бишоп-Корпорация остряков.
Дэвид Майерс | директор по продажам • IDS Imaging Development Systems Inc.
Дасти Шафер | Менеджер по разработке программного обеспечения • Коллморген
Йоши Умено | отраслевой менеджер — глобальная медицина и робототехника • Коллморген

Каковы наиболее значительные достижения в области автоматизации сельского хозяйства?

Гитара: Электрификация внедорожного оборудования становится все проще благодаря достижениям в области высокоэффективных и экологичных электродвигателей, которые могут привнести инновации в отрасль, способствовать обезуглероживанию и повысить надежность и производительность машин.

Хунта: На мой взгляд, автоматизация вертикального земледелия имеет решающее значение для будущего сельского хозяйства Северной Америки. Возможность поставлять свежие продукты в оптимальное время для потребления и сокращать время транспортировки позволяет потребителю наслаждаться более полезными продуктами, не содержащими химикатов.

Колдуэлл: Вертикальное земледелие, теплицы в закрытом грунте и различные интеллектуальные сельскохозяйственные операции исключительно хорошо сочетаются с роботизированной автоматизацией. Существует множество задач, которые могут быть решены, а ассортимент нашей продукции включает промышленных роботов и роботов для совместной работы, линейку линейных перемещений и различные решения для внешних осей.

Какие компоненты и системы способствуют развитию автоматизированного сельского хозяйства?

Поле: Наиболее важными технологиями для обеспечения автономной работы в сельском хозяйстве являются геолокация, телематика, машинное зрение и обратная связь с оператором. И, конечно же, есть процессоры, датчики, органы управления и другие ключевые компоненты, составляющие эти основные технологии. Если бы не достижения в области повышения скорости, уменьшения занимаемой площади, снижения энергопотребления, комплексных систем Интернета вещей для сбора и анализа данных и многого другого, автономная работа была бы невозможна сегодня. На горизонте появляются новые возможности, поскольку отрасль стремится внедрять радарные технологии и не только.

Сегодня на рынке сельскохозяйственного оборудования в автономию и автоматизацию вкладываются огромные средства, и компании находятся на разных этапах внедрения. Повышение эффективности — это одна из целей, но другие преимущества включают в себя более высокую урожайность, большую точность и снижение воздействия на окружающую среду за счет использования меньшего количества химикатов и воды. Сегодня используются автономные транспортные средства, которые могут работать с большей точностью, чем транспортные средства на дороге, высаживать семена с точностью до сантиметра, контролировать норму высева семян, анализировать состояние посевов и вносить удобрения только там, где это необходимо, — вот лишь некоторые из них. возможности новейшего оборудования.

Умено: Наши технологии управления движением играют ключевую роль в формировании будущего сельского хозяйства, поскольку сельскохозяйственный ландшафт претерпевает революцию, вызванную ростом затрат, нехваткой рабочей силы и экологическими проблемами. Инновационные решения, такие как вертикальное земледелие и интеллектуальные сельскохозяйственные операции, набирают популярность, требуя точной и эффективной автоматизации.

Особенно в контролируемых условиях, например, в теплицах, где деликатные культуры, такие как зелень, грибы и помидоры, требуют бережного обращения во избежание повреждения. Компания Kollmorgen предлагает широкий ассортимент корпусных и бескаркасных двигателей, каждый из которых разработан для удовлетворения конкретных потребностей различных областей применения в сельском хозяйстве. К ним относятся серводвигатели серий AKM и AKM2G, которые обеспечивают превосходную плотность крутящего момента при компактной конструкции, что делает их идеальными для применения с большей полезной нагрузкой. Наши бескаркасные двигатели с прямым приводом обеспечивают плавное движение и эффективность в компактном форм-факторе, а серводвигатели серии TBM2G, специально разработанные для манипуляторов роботов, идеально подходят для сельскохозяйственных роботов.

Майеры: Интеллектуальные камеры, безусловно, открывают путь для перспективных задач обработки изображений, таких как мониторинг роста растений, обнаружение сорняков или проверка соблюдения определенных условий на объектах. Искусственный интеллект также может быть использован, например, для классификации сортов фруктов или выявления поврежденных частей, таких как яблоки с отметинами или отклонениями в цвете. Для учета всех возможных отклонений при классической обработке изображений потребовалось бы много времени и средств. Искусственный интеллект, который мы предлагаем в системе IDS NXT vision, может решить эти задачи в кратчайшие сроки.

Шафер: В сельском хозяйстве, где используются системы технического зрения и роботы, требования к контроллерам движения выше. При уборке урожая, сортировке и упаковке требуется изменять траектории движения на лету. Снижение задержки и точность являются ключевыми факторами, требующими использования новейших многоядерных процессоров для повышения производительности. Контроллер PCMM от Kollmorgen обеспечивает широкий спектр вычислительных мощностей для удовлетворения потребностей, используя одно и то же программное обеспечение.

Б. Берк: Линейные направляющие Bishop-Wisecarver DualVee имеют самоочищающуюся геометрию, которая позволяет удалять мусор в грязной среде. Эти прочные линейные направляющие широко используются в полевых условиях, например, в автоматизированных комбайнах, а также в пищевой промышленности. В сельском хозяйстве и пищевой промышленности наблюдается рост автоматизации, особенно за счет использования автономных транспортных средств, которые работают с меньшим количеством людей или даже без присмотра. Эти решения для автоматизации обеспечивают круглосуточное производство.

Денгель: Наши компоненты были закуплены несколькими сельскохозяйственными предприятиями для использования в сельскохозяйственных роботах. Эти системы включают в себя системы технического зрения, искусственный интеллект и механические системы для отбора сорняков, подлежащих удалению, или вредителей, с которыми необходимо бороться, или для сбора урожая на пике его созревания.

Маркировка: Мы разработали наши приводные системы таким образом, чтобы их можно было легко комбинировать в длинные многоосевые конфигурации. Подобные продукты меняют уровень автоматизации тепличных работ и вертикального земледелия, поскольку позволяют ухаживать за многими растениями, отбирать пробы или собирать урожай с помощью автоматизированной механической системы. Компания Bishop-Wisecarver поставляла продукцию по меньшей мере четырем компаниям, разрабатывающим системы для самоходных тракторов, иногда оказывая поддержку в проектировании в качестве соавтора при разработке новых продуктов. Иногда наши подшипниковые узлы используются для переоборудования рулевого управления (дооснащение тракторов для автоматического управления по GPS), в то время как другие компании полагаются на наш надежный привод для навесного оборудования для уборки урожая с визуальным управлением.

Гитара: Двигатели Infinitum Aircore Mobility используются в системах отбора мощности (ePTO) в сельскохозяйственной технике для повышения эффективности. Инженеры могут увеличить мощность с 50 до 250 кВт без существенного увеличения габаритов и веса трансмиссии. Двигатели Aircore Mobility, спроектированные с использованием осевого потока, обеспечивают больший крутящий момент и более высокую скорость в компактном корпусе. Модульная конструкция дисков позволяет инженерам параллельно создавать двигатели с несколькими статорами и несколькими роторами для достижения более высокой выходной мощности и производительности. Наша конструкция также предусматривает использование высокоэффективной системы масляного охлаждения, которая охлаждает внутреннюю часть статора, что позволяет увеличить удельную мощность в три-пять раз.

Гилмер: Что касается автономных наземных транспортных средств, то мы наблюдаем в отрасли тенденцию к достижению трех основных целей: повышению управляемости, электрификации и снижению сложности. Компания Thomson позиционирует себя как производитель продуктов, которые интегрируют технологии управления осью перемещения с электрическими линейными приводами — это универсальная конструкция, которая соответствует всем трем тенденциям одновременно.

Общие архитектуры управления включают в себя интеграцию по шине с обратной связью по усилию и положению, что имеет решающее значение для автономной работы. Снижение сложности и общей занимаемой площади не менее важно для того, чтобы эти технологии могли эффективно заменить совместное пространство человека и транспортного средства, особенно при погрузочно-разгрузочных работах. Все оборудование приводится в действие электричеством, что соответствует тенденции отказа от ручного управления или гидравлического привода, зависящего от технического обслуживания.

Какие технологии делают промышленное земледелие более гуманным?

Колдуэлл: Сделать промышленное животноводство более гуманным можно в нескольких направлениях. Одной из областей, в которой роботы Yaskawa активно используются, является молочная промышленность, доение крупного рогатого скота. Автоматизированное доение обладает рядом преимуществ, в том числе улучшенными санитарными условиями, более последовательным мониторингом и усовершенствованным визуальным контролем, который позволяет быстрее выявлять инфекции или другие проблемы со здоровьем. Помимо этого приложения, существует несколько других приложений для фермерских хозяйств, направленных на гуманное обращение с животными.

Есть какие-нибудь соображения по поводу электрификации внедорожного оборудования?

Умено: Руководствуясь соображениями охраны окружающей среды, требованиями к эффективности эксплуатации и ужесточением нормативных требований, мы готовы сыграть ключевую роль в переходе от традиционных гидравлических систем к электрическим приводам. Недостатки традиционно используемых гидравлических систем, такие как утечки, тепловыделение и сложные требования к техническому обслуживанию, которые приводят к увеличению эксплуатационных расходов и воздействию на окружающую среду, могут быть устранены за счет перехода на электрические трансмиссии.

Мы обладаем уникальным оборудованием для поддержки процесса электрификации внедорожной отрасли благодаря нашему широкому ассортименту электродвигателей и приводов, специально разработанных для применения в сложных экологических условиях и с высоким крутящим моментом, а также при движении с помощью нашей линейки мощных корпусных и бескаркасных двигателей или в сочетании с коробками передач или шариковинтовыми установками для имитации работы гидравлических приводов. Команда инженеров Kollmorgen обладает глубокими знаниями в области проектирования и интеграции электроприводов, помогая производителям плавно переходить от гидравлических систем к электрическим.

Поле: Хотя уже было создано несколько прототипов полностью электрических технологий, на сегодняшний день разработки ведутся в основном на исследовательском уровне. Одна из ключевых проблем заключается в том, что для сельскохозяйственной техники большой мощности требуются мощные дизельные двигатели. Только самые маленькие модели могут работать без двигателя внутреннего сгорания, так как необходимый аккумуляторный блок, скорее всего, будет слишком большим и обеспечит работу в полевых условиях всего на несколько часов. В сочетании с длительным временем зарядки аккумулятора, это еще не значит, что его ценность очевидна. И это вряд ли изменится в ближайшее время без значительных (пока неизвестных) улучшений в технологии зарядки аккумуляторов.