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芦笋收获先锋
来源: 图尔克作者: 图尔克时间:2021-09-13 14:29:07点击:354

AvL Motion 推出突破性的白芦笋选择性收获机,该机器配有图尔克的高精度传感器以及 RFID 和现场总线技术

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春天是收获芦笋的季节。几乎没有其他时蔬能像芦 笋一样赢得如此众多的餐馆就餐者以及超市购买者的 青睐。甚至在公元前150年,老加图也致力于种植这 种“gourmet delight(令人愉悦的美食)”。而路易十 四每年的圣诞菜单上则必有芦笋。几百年后的今天,烹 饪爱好者仍然坚定不移地拥护这种珍贵的茎类食物。仅 在德国,2019年的芦笋收获量就达122,000吨。

作为欧洲最大的芦笋生产国,德国的芦笋种植面积 超过22,000公顷。然而,在达到餐桌前,这种蔬菜通 常需要费力地从农地采收。德国的芦笋收获季节在3月 和6月底之间,农场主雇佣东欧和南欧的工人来收获芦 笋。然而,近年来芦笋收获出现了一个重大问题,那 就是越来越难找到季节性工人。荷兰工程咨询公司AvL Motion决心从事白芦笋收获机的开发。历经3年的探 索,如今这家来自Noord-Brabant的初创企业宣布研发 出全球首款全自主式选择性收获机器人。他们使用经微 调的传感器和控制技术生产出高科技样机。在即将到来 的收获季节,客户就可以使用这种机器。

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目标:选择性收获机

公司创始人Arno van Lankveld在一家芦笋农场长大,因此对他所喜爱的这种蔬菜的收获所面临的挑战认 识深刻:“芦笋植株会生长出许多朝不同方向的茎,因 此收获起来尤其困难。”通常只采收这些已经破土的嫩 茎,而其他茎则保留在种植床中,在黑白隔热铝箔下面 继续发育。


到目前为止,检测哪些芦笋适合上市销售仍只能通 过肉眼来判定。收获机面临各种各样的问题,例如在相 同高度上会收割所有芦笋茎,或运行速度慢等。


现在,AvL Motion完美地解决了这些问题,推出 了选择性芦笋收获机器人。这款收获机以高达3.6千米/ 小时的恒定速度运行,能够自主检测芦笋尖、切割芦笋茎、将其从土壤拔出并转移到传送带。仅一个工人即可 完成操作;该工人负责将装载区域的作物分拣到货箱 中、远程控制机器在每行末端的转向,以及在机器的卷 绕装置上覆盖隔热铝箔。“该机器人有望减少83%的劳 动力需求。”据van Lankveld估计。


使用带IO-Link接口的超声波传感器进行高度控制

除了依靠7位同事的创新精神,这种复杂的自动化 运行尤其需要正确的技术。例如,仅使用1个超声波传 感器会在实际应用中带来问题,因此电气工程师兼软件 开发员Jordi Hutjens从图尔克的RU40U超声波传感器身 上找到替代解决方案。AvL Motion使用2个带IO-Link接 口的RU40U传感器来测量芦笋床与机器的气动控制型内 部框架间的距离。尽管下层土壤较脏或被雨水侵蚀,传 感器仍能稳定测量高度(高度可以在HMI上设置)。“ 图尔克出色的产品质量和快速发货能力让我们印象深 刻。我们将继续与其就其他组件进行合作。”AvL总裁 Arno van Lankveld表示。


光电技术取代依赖经验的肉眼识别

AvL Compact S1560的收获过程是动态变化的。 一旦机器完成定位并开始运行,就会扫描土壤的表面。


芦笋尖的精确位置通过使用激光传感器和额外的光 电过程,由主控制器检测。其中的具体细节仍是这家初 创企业的秘密;唯一的基本需求是土壤中没有杂草。


在收获过程中,数量不一的收获模块围绕机器人内部的圆形轨道移动。这包括12个约25厘米高的料盒。它们 按照机器人的速度进行调节,并控制插入、收割和夹取的 整个过程。


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在目标与收获模块之间进行微调

控制器不仅需要所选芦笋的坐标来微调收获过程,还 需关于模块位置和移动的连续信息流。首先它会查询当前 缓存区中有多少个料盒,例如有多少个处于停留位置等, 然后当前检测到芦笋的盒子会被回路检测到。对此,AvL 使用小型的BI3-M08K电感式传感器进行检测。而对收获模 块的精确识别则通过RFID技术实现,即图尔克TN-Q14 HF 读写头,该读写头可以读取每个料盒上的独特编码。


此外,位置检测通过旋转编码器实现。“该编码器在 缓存区中旋转。可以指示料盒位于20 mm还是30mm高 度。”AvL研发员Hutjens解释道。一旦收获机启动回路, 料盒就会通过NI10U-M12 uprox接近开关,这将触发PLC 启动针对收获过程的计时器的运行。为了在机器运动时同 步料盒的运动,需要进行这种多层次的准备工作。


由于芦笋尖不会整齐生长,收获模块除了沿圆形轨 道移动外,还可左右移动。由于压缩空气驱动会导致零 点几秒的延迟,而为了确保料盒的正确对齐,PLC会获取 到模块初始位置和目标位置间的距离信息(使用图尔克的 LE550激光传感器测量实现)。


利用操纵杆转向

操作人员使用外部控制模块来控制收获机的速度和静 液转向。2个图尔克编码器负责测量轮子转数;AvL使用电 感式直线位移传感器来测量轮子位置。为此,LI500-Q25 传感器的定位元件与转向油缸的活塞相连。这样,主控制 器便可使用唯一的数值计算2个轮子的角度,然后操作人员可以轻松使用操纵杆转向。与竞争对手的产品不同,农场 主无需将AvL Compact S1560固定至拖拉机。


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机器上布置了6到12个收获模块,控制器利用传感器的数据使这些模块运行到正确位置


使用紧凑的I/O模块实现快速数据交换

AvL的工程师决定在LE550激光传感器和RU40U超 声波传感器上使用IO-Link通信技术。该接口可提供额 外信息用于数据交换,并且还可简化传感器的参数化设 置。图尔克的紧凑型TBEN-S2-4IOL I/O模块可将控制柜 中的IO-Link信号快速传输至PLC。与控制器间的通信通 过Profinet完成。

在收获季节之初交付

AvL Motion证明了初创企业并不是只能从事软件领域或相关的数字化热点业务。同时,该公司还分享了许多创业公司的感受和体验,包括从最初的解决客户需求,直到及时推出功能性终端产品来满足客户期望的压力。对 于AvL而言,“及时”意味着要赶上即将到来的芦笋 收获季节。经过连续数月的细致工作,该工程咨询企 业为Venlo的Neessen B.V.供应了首个收获机。


根据创始人Arno van Lankveld所述,该机器人在 未来将无需操作员控制。“但目前,我们还是优先专 注于解决芦笋农场主的紧迫需求。”


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凭借坚固设计和IP67防护等 级,Li500-Q25电感式直线位移传感器也 可安装在前桥上方外侧,以测量转向油 缸的活塞位置

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