春天是收獲蘆筍的季節(jié)。幾乎沒(méi)有其他時(shí)蔬能像蘆筍一樣贏得如此眾多的餐館就餐者以及超市購(gòu)買者的青睞。甚至在公元前150年，老加圖也致力于種植這種“gourmet delight（令人愉悅的美食）”。而路易十四每年的圣誕菜單上則必有蘆筍。幾百年后的今天，烹飪愛(ài)好者仍然堅(jiān)定不移地?fù)碜o(hù)這種珍貴的莖類食物。僅在德國(guó)，2019年的蘆筍收獲量就達(dá)122,000噸。作為歐洲最大的蘆筍生產(chǎn)國(guó)，德國(guó)的蘆筍種植面積超過(guò)22,000公頃。

然而，在達(dá)到餐桌前，這種蔬菜通常需要費(fèi)力地從農(nóng)地采收。德國(guó)的蘆筍收獲季節(jié)在3月和6月底之間，農(nóng)場(chǎng)主雇傭東歐和南歐的工人來(lái)收獲蘆筍。然而，近年來(lái)蘆筍收獲出現(xiàn)了一個(gè)重大問(wèn)題，那就是越來(lái)越難找到季節(jié)性工人。荷蘭工程咨詢公司AvL Motion決心從事白蘆筍收獲機(jī)的開(kāi)發(fā)。歷經(jīng)3年的探索，如今這家來(lái)自Noord-Brabant的初創(chuàng)企業(yè)宣布研發(fā)出全球首款全自主式選擇性收獲機(jī)器人。他們使用經(jīng)微調(diào)的傳感器和控制技術(shù)生產(chǎn)出高科技樣機(jī)。在即將到來(lái)的收獲季節(jié)，客戶就可以使用這種機(jī)器。

目標(biāo)：選擇性收獲機(jī)

公司創(chuàng)始人Arno van Lankveld在一家蘆筍農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大，因此對(duì)他所喜愛(ài)的這種蔬菜的收獲所面臨的挑戰(zhàn)認(rèn)識(shí)深刻：“蘆筍植株會(huì)生長(zhǎng)出許多朝不同方向的莖，因此收獲起來(lái)尤其困難?！蓖ǔＶ徊墒者@些已經(jīng)破土的嫩莖，而其他莖則保留在種植床中，在黑白隔熱鋁箔下面繼續(xù)發(fā)育。

到目前為止，檢測(cè)哪些蘆筍適合上市銷售仍只能通過(guò)肉眼來(lái)判定。收獲機(jī)面臨各種各樣的問(wèn)題，例如在相同高度上會(huì)收割所有蘆筍莖，或運(yùn)行速度慢等?，F(xiàn)在，AvL Motion完美地解決了這些問(wèn)題，推出了選擇性蘆筍收獲機(jī)器人。這款收獲機(jī)以高達(dá)3.6千米/小時(shí)的恒定速度運(yùn)行，能夠自主檢測(cè)蘆筍尖、切割蘆筍莖、將其從土壤拔出并轉(zhuǎn)移到傳送帶。僅一個(gè)工人即可完成操作；該工人負(fù)責(zé)將裝載區(qū)域的作物分揀到貨箱中、遠(yuǎn)程控制機(jī)器在每行末端的轉(zhuǎn)向，以及在機(jī)器的卷繞裝置上覆蓋隔熱鋁箔。“該機(jī)器人有望減少83%的勞動(dòng)力需求。”據(jù)van Lankveld估計(jì)。

使用帶IO-Link接口的超聲波傳感器進(jìn)行高度控制

除了依靠7位同事的創(chuàng)新精神，這種復(fù)雜的自動(dòng)化運(yùn)行尤其需要正確的技術(shù)。例如，僅使用1個(gè)超聲波傳感器會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)問(wèn)題，因此電氣工程師兼軟件開(kāi)發(fā)員Jordi Hutjens從圖爾克的RU40U超聲波傳感器身上找到替代解決方案。AvL Motion使用2個(gè)帶IO-Link接口的RU40U傳感器來(lái)測(cè)量蘆筍床與機(jī)器的氣動(dòng)控制型內(nèi)部框架間的距離。盡管下層土壤較臟或被雨水侵蝕，傳感器仍能穩(wěn)定測(cè)量高度（高度可以在HMI上設(shè)置）?！皥D爾克出色的產(chǎn)品質(zhì)量和快速發(fā)貨能力讓我們印象深刻。我們將繼續(xù)與其就其他組件進(jìn)行合作。”AvL總裁Arno van Lankveld表示。

光電技術(shù)取代依賴經(jīng)驗(yàn)的肉眼識(shí)別

AvL Compact S1560的收獲過(guò)程是動(dòng)態(tài)變化的。一旦機(jī)器完成定位并開(kāi)始運(yùn)行，就會(huì)掃描土壤的表面。蘆筍尖的精確位置通過(guò)使用激光傳感器和額外的光電過(guò)程，由主控制器檢測(cè)。其中的具體細(xì)節(jié)仍是這家初創(chuàng)企業(yè)的秘密；唯一的基本需求是土壤中沒(méi)有雜草。在收獲過(guò)程中，數(shù)量不一的收獲模塊圍繞機(jī)器人內(nèi)部的圓形軌道移動(dòng)。這包括12個(gè)約25厘米高的料盒。它們按照機(jī)器人的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并控制插入、收割和夾取的整個(gè)過(guò)程。

在目標(biāo)與收獲模塊之間進(jìn)行微調(diào)

控制器不僅需要所選蘆筍的坐標(biāo)來(lái)微調(diào)收獲過(guò)程，還需關(guān)于模塊位置和移動(dòng)的連續(xù)信息流。首先它會(huì)查詢當(dāng)前緩存區(qū)中有多少個(gè)料盒，例如有多少個(gè)處于停留位置等，然后當(dāng)前檢測(cè)到蘆筍的盒子會(huì)被回路檢測(cè)到。對(duì)此，AvL使用小型的BI3-M08K電感式傳感器進(jìn)行檢測(cè)。而對(duì)收獲模塊的精確識(shí)別則通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即圖爾克TN-Q14 HF讀寫(xiě)頭，該讀寫(xiě)頭可以讀取每個(gè)料盒上的獨(dú)特編碼。

此外，位置檢測(cè)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)?！霸摼幋a器在緩存區(qū)中旋轉(zhuǎn)?？梢灾甘玖虾形挥?0 mm還是30 mm高度?！盇vL研發(fā)員Hutjens解釋道。一旦收獲機(jī)啟動(dòng)回路，料盒就會(huì)通過(guò)NI10U-M12 uprox接近開(kāi)關(guān)，這將觸發(fā)PLC啟動(dòng)針對(duì)收獲過(guò)程的計(jì)時(shí)器的運(yùn)行。為了在機(jī)器運(yùn)動(dòng)時(shí)同步料盒的運(yùn)動(dòng)，需要進(jìn)行這種多層次的準(zhǔn)備工作。

由于蘆筍尖不會(huì)整齊生長(zhǎng)，收獲模塊除了沿圓形軌道移動(dòng)外，還可左右移動(dòng)。由于壓縮空氣驅(qū)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)幾秒的延遲，而為了確保料盒的正確對(duì)齊，PLC會(huì)獲取到模塊初始位置和目標(biāo)位置間的距離信息（使用圖爾克的LE550激光傳感器測(cè)量實(shí)現(xiàn)）。

利用操縱桿轉(zhuǎn)向

操作人員使用外部控制模塊來(lái)控制收獲機(jī)的速度和靜液轉(zhuǎn)向。2個(gè)圖爾克編碼器負(fù)責(zé)測(cè)量輪子轉(zhuǎn)數(shù)；AvL使用電感式直線位移傳感器來(lái)測(cè)量輪子位置。為此，LI500-Q25傳感器的定位元件與轉(zhuǎn)向油缸的活塞相連。這樣，主控制器便可使用唯一的數(shù)值計(jì)算2個(gè)輪子的角度，然后操作人員可以輕松使用操縱桿轉(zhuǎn)向。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品不同，農(nóng)場(chǎng)主無(wú)需將AvL Compact S1560固定至拖拉機(jī)。

使用緊湊的I/O模塊實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換

AvL的工程師決定在LE550激光傳感器和RU40U超聲波傳感器上使用IO-Link通信技術(shù)。該接口可提供額外信息用于數(shù)據(jù)交換，并且還可簡(jiǎn)化傳感器的參數(shù)化設(shè)置。圖爾克的緊湊型TBEN-S2-4IOL I/O模塊可將控制柜中的IO-Link信號(hào)快速傳輸至PLC。與控制器間的通信通過(guò)Profinet完成。

在收獲季節(jié)之初交付

AvL Motion證明了初創(chuàng)企業(yè)并不是只能從事軟件領(lǐng)域或相關(guān)的數(shù)字化熱點(diǎn)業(yè)務(wù)。同時(shí)，該公司還分享了許多創(chuàng)業(yè)公司的感受和體驗(yàn)，包括從最初的解決客戶需求，直到及時(shí)推出功能性終端產(chǎn)品來(lái)滿足客戶期望的壓力。對(duì)于AvL而言，“及時(shí)”意味著要趕上即將到來(lái)的蘆筍收獲季節(jié)。經(jīng)過(guò)連續(xù)數(shù)月的細(xì)致工作，該工程咨詢企業(yè)為Venlo的Neessen B.V.供應(yīng)了首個(gè)收獲機(jī)。根據(jù)創(chuàng)始人Arno van Lankveld所述，該機(jī)器人在未來(lái)將無(wú)需操作員控制。“但目前，我們還是優(yōu)先專注于解決蘆筍農(nóng)場(chǎng)主的緊迫需求?！?/p>