AvL Motion 推出突破性的白蘆筍選擇性收獲機，該機器配有圖爾克的高精度傳感器以及 RFID 和現(xiàn)場總線技術(shù)

春天是收獲蘆筍的季節(jié)。幾乎沒有其他時蔬能像蘆 筍一樣贏得如此眾多的餐館就餐者以及超市購買者的 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 飪愛好者仍然堅定不移地擁護這種珍貴的莖類食物。僅 在德國，2019年的蘆筍收獲量就達122,000噸。

作為歐洲最大的蘆筍生產(chǎn)國，德國的蘆筍種植面積 超過22,000公頃。然而，在達到餐桌前，這種蔬菜通 常需要費力地從農(nóng)地采收。德國的蘆筍收獲季節(jié)在3月 和6月底之間，農(nóng)場主雇傭東歐和南歐的工人來收獲蘆 筍。然而，近年來蘆筍收獲出現(xiàn)了一個重大問題，那 就是越來越難找到季節(jié)性工人。荷蘭工程咨詢公司AvL Motion決心從事白蘆筍收獲機的開發(fā)。歷經(jīng)3年的探 索，如今這家來自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。在即將到來 的收獲季節(jié)，客戶就可以使用這種機器。

目標:選擇性收獲機

公司創(chuàng)始人Arno van Lankveld在一家蘆筍農(nóng)場長大，因此對他所喜愛的這種蔬菜的收獲所面臨的挑戰(zhàn)認 識深刻:“蘆筍植株會生長出許多朝不同方向的莖，因 此收獲起來尤其困難?！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，檢測哪些蘆筍適合上市銷售仍只能通 過肉眼來判定。收獲機面臨各種各樣的問題，例如在相 同高度上會收割所有蘆筍莖，或運行速度慢等。

現(xiàn)在，AvL Motion完美地解決了這些問題，推出 了選擇性蘆筍收獲機器人。這款收獲機以高達3.6千米/ 小時的恒定速度運行，能夠自主檢測蘆筍尖、切割蘆筍莖、將其從土壤拔出并轉(zhuǎn)移到傳送帶。僅一個工人即可 完成操作;該工人負責將裝載區(qū)域的作物分揀到貨箱 中、遠程控制機器在每行末端的轉(zhuǎn)向，以及在機器的卷 繞裝置上覆蓋隔熱鋁箔。“該機器人有望減少83%的勞 動力需求?！睋?jù)van Lankveld估計。

使用帶IO-Link接口的超聲波傳感器進行高度控制

除了依靠7位同事的創(chuàng)新精神，這種復雜的自動化 運行尤其需要正確的技術(shù)。例如，僅使用1個超聲波傳 感器會在實際應(yīng)用中帶來問題，因此電氣工程師兼軟件 開發(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個帶IO-Link接 口的RU40U傳感器來測量蘆筍床與機器的氣動控制型內(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)定測量高度(高度可以在HMI上設(shè)置)?！? 圖爾克出色的產(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)與其就其他組件進行合作?！盇vL總裁 Arno van Lankveld表示。

光電技術(shù)取代依賴經(jīng)驗的肉眼識別

AvL Compact S1560的收獲過程是動態(tài)變化的。 一旦機器完成定位并開始運行，就會掃描土壤的表面。

蘆筍尖的精確位置通過使用激光傳感器和額外的光 電過程，由主控制器檢測。其中的具體細節(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有雜草。

在收獲過程中，數(shù)量不一的收獲模塊圍繞機器人內(nèi)部的圓形軌道移動。這包括12個約25厘米高的料盒。它們 按照機器人的速度進行調(diào)節(jié)，并控制插入、收割和夾取的 整個過程。

在目標與收獲模塊之間進行微調(diào)

控制器不僅需要所選蘆筍的坐標來微調(diào)收獲過程，還 需關(guān)于模塊位置和移動的連續(xù)信息流。首先它會查詢當前 緩存區(qū)中有多少個料盒，例如有多少個處于停留位置等， 然后當前檢測到蘆筍的盒子會被回路檢測到。對此，AvL 使用小型的BI3-M08K電感式傳感器進行檢測。而對收獲模 塊的精確識別則通過RFID技術(shù)實現(xiàn)，即圖爾克TN-Q14 HF 讀寫頭，該讀寫頭可以讀取每個料盒上的獨特編碼。

此外，位置檢測通過旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)?！霸摼幋a器在 緩存區(qū)中旋轉(zhuǎn)。可以指示料盒位于20 mm還是30mm高 度?！盇vL研發(fā)員Hutjens解釋道。一旦收獲機啟動回路， 料盒就會通過NI10U-M12 uprox接近開關(guān)，這將觸發(fā)PLC 啟動針對收獲過程的計時器的運行。為了在機器運動時同 步料盒的運動，需要進行這種多層次的準備工作。

由于蘆筍尖不會整齊生長，收獲模塊除了沿圓形軌 道移動外，還可左右移動。由于壓縮空氣驅(qū)動會導致零 點幾秒的延遲，而為了確保料盒的正確對齊，PLC會獲取 到模塊初始位置和目標位置間的距離信息(使用圖爾克的 LE550激光傳感器測量實現(xiàn))。

利用操縱桿轉(zhuǎn)向

操作人員使用外部控制模塊來控制收獲機的速度和靜 液轉(zhuǎn)向。2個圖爾克編碼器負責測量輪子轉(zhuǎn)數(shù);AvL使用電 感式直線位移傳感器來測量輪子位置。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)值計算2個輪子的角度，然后操作人員可以輕松使用操縱桿轉(zhuǎn)向。與競爭對手的產(chǎn)品不同，農(nóng)場 主無需將AvL Compact S1560固定至拖拉機。

機器上布置了6到12個收獲模塊，控制器利用傳感器的數(shù)據(jù)使這些模塊運行到正確位置

使用緊湊的I/O模塊實現(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信號快速傳輸至PLC。與控制器間的通信通 過Profinet完成。