SIKO 可为果园自动收割车的研发项目提供支持 — 用于收获苹果的自动机器人

SIKO 的测量和传感器解决方案不仅广泛用于成熟的工业应用，而且 SIKO GmbH 目前还在为一个农业研发项目提供支持，该项目使用两个用于移动机器的旋转编码器。

“AurOrA” (Autonomer Obstplantagenhelfer Altes Land) 是一种小型自动驾驶车辆，将来可在果园中自动行驶，检测并拾取装满的水果箱，并将它们送到指定的卸货点。该机器人可减轻收割工人的负担，让他们能够专注于更难的任务。通过技术和自动化可以越来越多地避免单调、疲劳的活动；这可显著减轻果园主的工作。

该项目的想法来源于实践经验：来自汉堡西南 Altes Land 的果园主 Johann Schröder 曾向 Buxtehude 的 hochschule 21 寻求支持，想要开发这种自动驾驶汽车。他们与来自 Jork 的农业机械制造商 PWH 一起于2020 年 2 月启动了该项目。果园主对技术支持的需求很强烈，因此该项目在中期就可以提供适销对路的经济产品。而该项目的实际目标是在 2023 年 1 月之前先推出功能原型机，以证明技术可行性。该项目由联邦经济部的 ZIM 资助计划提供资助。

第二个里程碑：机器人自动运行在达到下面的第二个里程碑后，该项目目前处于最后三分之一的规划中：机器人已经可以在种植园中高度自动运行。目前仍在进行防撞和地面检测方面的研究工作，例如在泥泞的地面上避免车轮打滑以及避免车辆陷入土地中或漂移进沟渠中。第三个里程碑则是实际拾取和运输箱子。

这样的研发项目总是蕴含着特殊的挑战，从开始的在各个水果种植公司之间进行利益协调（这些公司的收获流程通常有着很大差异），到基础设施方面的问题，例如使用稳定的无线电标准，以便机器人可以接收 GPS 数据以及与操作员进行通信，再到日常户外使用中的实际困难（天气、雨雪、日照、土地情况）。

SIKO 为面向未来的项目提供支持对于自动运行的车辆而言，可以在车辆上承担各种测量任务的传感器是必不可少的。在转向角检测和拾箱器的位置检测方面，测量和传感器专家 SIKO 应要求提供了大力支持。凭借在移动机器和农业机械技术方面的多年经验，SIKO 公司能够将其专业知识引入到规划阶段，并最终提供了支持这些重要功能的两种合适的旋转编码器类型。hochschule 21 的研究员 Alexander Kammann 对 SIKO 专家的贡献赞誉有加：“我们对 SIKO 推动面向未来的项目的意愿以及他们在其中提供的咨询贡献感到非常惊喜。起初，我们完全不清楚我们对传感器的实际要求。这是大家一起研究和确定下来的。”

适用于恶劣环境条件的坚固旋转编码器

首先，可用的传感器必须非常坚固，并且对恶劣的户外条件（泥土、灰尘、雨水、强烈的阳光、不平坦的地面）不敏感。SIKO 的 PURE.MOBILE 传感器模块组件特别适用于恶劣环境条件下的移动机器。车辆后部安装有双轮，其可以旋转并由此进行转向。转向角由 WV5800M 磁性旋转编码器进行记录、处理并发送至控制器。这是一种多圈旋转编码器，其也可用于以绝对值形式记录多圈。如果电压中断，例如由于电池没电了，则之前设置的转向角始终仍然可用。如果没有绝对值编码器，当车辆再次启动时，转向角将被错误地定义为零度角。磁性测量原理可满足坚固性和不敏感性方面的要求。旋转编码器的高精度和可靠性也令项目团队心悦诚服，车辆由此始终可以很好地调整转向角，从而能够执行其定义的路径 - 不会出现故障和过大偏差。为了进一步提高这方面的安全性，以及与种植园工作人员互动的安全性，用于未来车辆的安全版本的旋转编码器 WV58MR 具有冗余位置检测功能，能可靠地防止故障。在研发阶段，最初的重点是技术可行性，因此没有安全标准的旋转编码器就已经足够。SIKO 型号的优势：两个旋转编码器的结构相同，因此在更换它们时无需对应用进行机械调整。转向角检测还需要一个 CANopen 接口，以便能够使用尽可能多的标准化电子元件，这些电子元件可以快速更换并集成到总线系统中。

“鳍肢”位置传感器

第二个 SIKO 旋转编码器 AH25S 更小、更紧凑，但同样坚固耐用。这是一个单圈旋转编码器，用于监控拾箱器（即所谓的鳍肢）的位置。每个鳍肢分别在四个点拾起装满的水果箱。当机器人驶过箱子，并且箱子接触到弹簧加载式拾取器时，鳍肢向一侧旋转，然后再次自动折叠，从而在箱子的四个角下方进行拾取。为了能够安全地运输箱子，必须知道鳍肢的相应位置：是真的转回了还是被卡住了？所有四个鳍肢是否都位于箱子下方以确保进行拾取？此处的安装空间非常有限，因此需要一个微型旋转编码器，且无需专用支架即可在现场直接使用。

这里使用一个模拟传感器就足够了，因为这些数据信息不如转向角传感器的数据信息那么重要。

真正增值的收割助手在这种研发项目中，众多细节必须环环相扣，密切配合，以便将一个模糊的想法转化为技术上完美无缺的产品，将来在众多果园中使用时具有平衡的成本效益比。为了能够为公司提供真正的附加值，“AurOrA”也设计为可用于其他维护工作，例如进行覆盖和收割或支持新树的种植。几乎全年都可以高效使用，而不是仅限于收获季节。

图片：


图 0) 自动行驶的智能收割助手“AurOra”。图：©hochschule 21


图 1) 收割助手“AurOrA“可在苹果园中自动行驶并检测水果箱，将其拾取并运送到指定的卸货点。
图：©hochschule 21


图 2) 和 3) 转向装置的重要细节：多圈旋转编码器 WV5800M 可记录转向角，以便车辆可以安全地执行其定义的路径。图：©hochschule 21


图 4) 和 5) 拾箱器（即所谓的鳍肢）的位置通过坚固的微型旋转编码器 AH25S 确定（旋转编码器位于结构
的顶端）。图：©hochschule 21


图 6) 文中所述的 AH25S、WV5800M 和 WV58MR 编码器。图：©SIKO GmbH


图 7) Alexander Kammann M. Sc.，hochschule 21 研究员。图：©hochschule 21

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