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基于机器视觉的无需除草剂的智能除草机器人
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时间:2021-10-09 14:39:49

       植保产品是当今农业的重要组成部分。它们旨在保护作物并防止杂草和害虫。根据德国联邦环境署(German Federal Environment Agency)的数据,2019年,除草剂占植物保护产品的 50.6%。然而这些产品虽然可达到逾期的除草效果,但同时对人类和环境构成了许多风险。它们危及邻近地区的生物多样性和水质——生物多样性正在下降。Rowesys 学生项目于 2019 年夏季在苏黎世瑞士联邦理工学院 (ETH) 启动,旨在开发一种机器人,在不过度使用除草剂的情况下实现更可持续发展的农业。

 

该机器人的底部是一个来自IDS成像开发系统有限公司的带有 GigE 接口的工业相机

该机器人的底部是一个来自IDS成像开发系统有限公司的带有 GigE 接口的工业相机

 

       该团队由10名电气工程、机械工程和工业设计专业的学生组成,仅在九个月内就构建了第一个名为Rosie的功能原型。机器人的内部有两个强大的电池和一个包含系统大部分电气组件的控制箱。机器人的骨架由铝型材制成的结构构成。在四个单独弹起的鹅掌锹的帮助下,Rosie用一种纯机械的方式清除播种植物之间的杂草。这意味着可以不使用对环境有害的除草剂。由于机器人能够自主地在田地里导航,农民的劳力降到了最低限度。同时,还可以通过操纵杆进行平滑、直观的控制。

 

       为了实现在田地中自主导航,Rosie必须首先能够感知一行植物的确切位置和末端。为此,机器人配备了多个工业相机和传感器,以及用于路径和位置识别的算法。 根据获得的数据,它总是沿着领域中已识别的行移动。当它到达终点时,它切换到转弯模式并找到下一行。机器人一直执行这样的动作直到整个领域完成工作。由于有四个电机,每个车轮都可以单独控制。这使得Rosie 非常灵活,并且允许在现场完全转弯。

Rosie 以纯机械方式去除杂草,不使用对环境有害的除草剂

Rosie 以纯机械方式去除杂草,不使用对环境有害的除草剂

 

       该团队目前正致力于系统的进一步开发和优化。各种监测任务已列入议程。其目的是在较长时间内观察植物,以便向农民或育种家提供例如植物生长行为的信息。为此,Rosie还额外配备了一个坚固的工业相机。“利用这些图像,我们可以区分杂草和农作物,从而实现无除草剂除草(机器人底部的活动工具能够直接清除植物周围的杂草)。未来,在智能图像处理的帮助下,还将获取从产量估计数据到植物疾病的早期检测等更多的信息。”苏黎世联邦理工学院Rowesys 重点项目的 Timo Schönegg介绍到。

 

       工业相机安装在机器人的底部,垂直向下。当机器人在田地里行驶时,它从顶部捕捉植物图像。通过神经网络,可以根据应用情况进行上述分析。将来,这些信息将有助于农民在早期阶段采取措施,例如防止真菌感染等。迄今为止,Rosie已用于甜菜、小麦和玉米田的田间试验。

 

当机器人在田间行驶时,工业相机从上方记录玉米植株

当机器人在田间行驶时,工业相机从上方记录玉米植株

 

       农业机器人将在未来发挥越来越重要的作用。为了能够在任何环境、不同光线和天气条件下可靠地执行各种任务,这不仅需要良好的图像处理软件,还需要可靠的相机。这种工业相机系统在未来机器人上的使用将非常多样化——从 3D 到多光谱相机。未来更多的机器视觉创新技术将为更可持续、更高效的农业做出贡献。 

 

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