Technologie automatizace umožňuje provoz autonomního robota pro sklizeň chřestu

Jaro je sezónou chřestu. Jen málokterá jiná sezónní zelenina se těší větší oblibě mezi hosty restaurací a zákazníky supermarketů. Již v roce 150 př. n. l. se Cato Starší věnoval pěstování této „delikatesy pro chuťové buňky“ a pro „Krále slunce“ Ludvíka XIV. měla tato pochoutka dokonce figurovat na vánočním menu. O mnoho století později kulinářské nadšení pro tyto ceněné výhonky stále neutichá. Jen v Německu se v roce 2019 sklidilo přibližně 122 000 tun chřestu – země je největším evropským producentem s pěstitelskou plochou přesahující 22 000 hektarů.

Než se však tato zelenina dostane čerstvá na talíř, musí být obvykle pečlivě sklizena ručně. Od března do konce června se zemědělci v Německu při této práci obvykle spoléhají na sezónní pracovníky z východní a jižní Evropy. V posledních letech se však ukázalo, že pro zemědělské podniky je stále obtížnější najít sezónní pracovní sílu. To vedlo nizozemskou inženýrskou firmu AvL Motion k zahájení vývoje mechanického řešení pro sklizeň bílého chřestu. Zhruba o tři roky později tento startup ze Severního Brabantu oznamuje, že představil první plně autonomní a selektivně pracující sklizňový robot na světě. Výsledkem je high-tech prototyp s precizně vyladěnou senzorovou a řídicí technologií, který budou zákazníci moci nasadit již v nadcházející sezóně.

Hledá se: stroj pro selektivní sklizeň

Zakladatel společnosti Arno van Lankveld vyrostl na farmě pěstující chřest, a proto zná hlavní výzvy spojené se sklizní této oblíbené zeleniny: „Rostlina chřestu vytváří několik výhonků, které mohou růst různými směry. To celý proces komplikuje.“ Obvykle se řezají a vytrhávají pouze výhonky, jejichž špičky již prorazily půdu; zbývající výhonky zatím zůstávají v hřebenách, kde dozrávají pod černobílou oboustrannou fólií.

Až dosud bylo k výběru stonků chřestu vhodných k prodeji zapotřebí lidského oka. Sklízecí stroje buď odřezávaly všechny výhonky najednou ve stejné výšce, nebo byly prostě příliš pomalé. Společnost AvL Motion nyní řeší tento problém pomocí robota, který se při nepřetržitém pohybu rychlostí až 3,6 kilometru za hodinu automaticky zaměřuje na špičky chřestu, vytrhává zkrácené výhonky z půdy a odváží je na dopravním pásu. Proces vyžaduje pouze jednoho pracovníka: ten třídí zeleninu do beden na nakládací plošině, na konci řádku pomocí dálkového ovládání otočí stroj a vkládá krycí fólii do odvíječe stroje. „Zemědělci mohou snížit své personální nároky až o 83 procent,“ odhaduje van Lankveld.

Regulace výšky pomocí ultrazvukového snímače IO-Link

K automatizaci takového komplexního procesu byla kromě průkopnického ducha sedmi zaměstnanců nezbytná také správná technologie. Když v praxi způsoboval problémy ultrazvukový senzor, našel elektrotechnik a softwarový vývojář Jordi Hutjens alternativní řešení v modelu RU40U od společnosti TURCK. Společnost AvL Motion nyní používá dva ultrazvukové senzory s rozhraním IO-Link k měření vzdálenosti mezi záhonem chřestu a pneumaticky nastavitelným vnitřním rámem stroje. I za podmínek, kdy je půda občas zaprášená nebo mokrá od deště, umožňuje senzor stabilní stanovení výšky, kterou mohou uživatelé nastavit na uživatelském rozhraní (HMI). „Společnost TURCK na nás zapůsobila velmi dobrou kvalitou a rychlou dodávkou. Proto jsme u tohoto výrobce zůstali i u dalších komponentů,“ říká generální ředitel společnosti AvL van Lankveld.

Optická metoda nahrazuje zkušeného odborníka

Proces sklizně stroje AvL Compact S1560 je velmi dynamický. Jakmile je stroj umístěn a uveden do pohybu, nejprve začne skenovat povrch půdy. Laserové senzory (doplněné další optickou metodou) poskytují hlavnímu řídicímu systému přesnou polohu, kde z půdy vyčnívá špička chřestu. Podrobnosti zůstávají přísně střeženým tajemstvím vynálezců; jediným požadavkem je půda bez plevele. Mezitím se uvnitř robota pohybuje po kruhové dráze proměnný počet sklizňových modulů – v současné době dvanáct kazet, z nichž každá je vysoká přibližně 25 centimetrů. Jsou přizpůsobeny pojezdové rychlosti stroje a zajišťují celý postup vytažení, odříznutí a uchopení výhonku.

Jemné doladění mezi cílovým modulem a sběrným modulem

K přesnému doladění procesu sklizně potřebuje řídicí systém nejen souřadnice příslušných výhonků chřestu, ale také průběžné informace o poloze a pohybu modulů. Prvním krokem je zjištění, kolik kazet se aktuálně nachází v zásobníku – tj. zaparkovaných v základní poloze – a které lze uvést do oběhu, jakmile je detekován výhonek chřestu. Společnost AvL k tomuto účelu využívá miniaturní indukční senzory BI3-M08K. Přesná identifikace sklizňových modulů probíhá prostřednictvím RFID pomocí čtecí/zapisovací hlavy TN-Q14 HF, která čte jedinečný kód každé kazety.
Poloha se určuje také pomocí enkodérů. „Enkodér se otáčí společně s vyrovnávací zónou. To nám umožňuje zjistit například, že se kazeta nachází na milimetru 20 nebo 30,“ vysvětluje vývojář společnosti AvL Hutjens. Jakmile se poté spustí otáčení sklizňového modulu, projede bezdotykovým spínačem typu NI10U-M12 od společnosti uprox, který spustí časovač sklizňového cyklu v PLC. Taková víceúrovňová příprava je nezbytná pro synchronizaci pohybu kazet, zatímco stroj pracuje na plné rychlosti.

Vzhledem k tomu, že výhonky chřestu nerostou v rovných řadách, mohou se sklizňové moduly kromě rotačního pohybu pohybovat také doleva a doprava. Tento pohyb je pneumatický, a proto je vždy zpožděn o několik desetin sekundy. Aby bylo zajištěno, že se kazety i nadále přesně vyrovnávají, přijímá PLC informace o vzdálenosti mezi výchozí a cílovou polohou modulů, kterou měří laserové senzory LE550 od společnosti Banner Engineering, partnera firmy TURCK v oblasti optoelektroniky.

Otočné manévry pomocí joysticku

Obsluha může ovlivňovat rychlost a hydrostatické řízení sklizňového stroje pomocí externího řídicího modulu. Otáčky kol měří dva snímače TURCK a společnost AvL snímá polohu kol pomocí indukčního lineárního měření polohy. Aby to bylo možné, je polohový snímač senzoru LI500-Q25 spojen s pístem řídicího válce. To umožňuje hlavnímu řídicímu systému vypočítat úhly natočení obou kol z jediné hodnoty – a obsluha tak může stroj pohodlně otáčet pomocí joysticku. Na rozdíl od konkurenčních modelů nemusí zemědělci připojovat stroj AvL Compact S1560 k traktoru.

Kompaktní I/O modul pro rychlou výměnu dat

Jak u laserových senzorů LE550, tak u ultrazvukových senzorů RU40U se inženýři společnosti AvL rozhodli pro komunikaci přes rozhraní IO-Link. Toto rozhraní poskytuje při výměně dat doplňující informace a zároveň zjednodušuje parametrizaci snímačů. Pomocí kompaktního I/O modulu TBEN-S2-4IOL od společnosti TURCK jsou signály IO-Link v rozvaděči rychle předávány do PLC. Komunikace s řídicím systémem probíhá přes PROFINET.

Dodávka na začátek sezóny

Společnost AvL Motion dokazuje, že startupy se neomezují pouze na softwarové firmy nebo obvyklá digitální centra. Zároveň sdílí přístup mnoha podnikatelů – od identifikace požadavků zákazníků až po zvládání tlaku na včasné dodání funkčního finálního produktu. Pro AvL znamená „včas“: do začátku sezóny chřestu. Po měsících vývoje dodala tato inženýrská firma svůj první sklízecí stroj společnosti Neessen B.V. nedaleko Venlo. Podle generálního ředitele Arno van Lankvelda by robot v budoucnu mohl fungovat zcela bez lidského dohledu. „Prozatím pouze přinášíme řešení toho, co pěstitelé chřestu naléhavě potřebují.“

Zákazník | www.avlmotion.com