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视觉和机械人相助进行葡萄酒生产


机械人和基于机械人的视觉系统正逐步取代葡萄酒生产中乏味且耗时的任务 。
 

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虽然视觉引导机械人现在在汽车检查,质料处理和产品包装等应用中很常见,但它们现在正在涉足农业等更多领域 。在这里,种植,施肥,采摘和分拣农产品的任务主要由体力劳动者完成,他们面对着重复,辛苦和费时的任务 。实际上,2011年,美国的农业生产需要750,000多人,总产值凌驾3,740亿美元 。
 

现在,就像在包装和生产此类食品中涉及的手动任务已使用机械人和机械人引导的视觉系统一样,机械视觉技术也在更庞大,限制较小的农业领域中使用 。
 

例如,伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的农业与生物工程小组的研究人员将农业机械人视为自动化技术向农业的逻辑扩散 。,林业和渔业 。可是,正如视觉引导机械人需要一段时间才华在工厂车间广泛使用一样,这些农业机械人的普及也需要时间才华被 接纳 。
 

伊利诺伊大学的人员认为这是分三个阶段进行的:D 1代机械人用作农作物侦察员,收集作物压力和疾病等数据;第二代机械人执行田间操作(例如除草,采摘和修剪);第三代机械人全自动化系统,可自动完成从播种到包装的整个历程 。
 

机械人和酒
 

如今,正在安排许多差别类型的机械人来解决这些任务 。例如,在葡萄酒工业中,许多系统正在开发中,以执行葡萄种植,修剪葡萄,剖析葡萄产量和类型,采摘,分选和压碎葡萄的任务 。
 

这些任务中Z艰巨的事情之一就是种植葡萄树,古板上是两人历程,其中将手动拖拉机连接到植树机上,另一名工人从容器中手动取出葡萄树,然后将它们种植在地面上 。拖拉机穿过田野 。

 

不必说,机械人技术研究人员正在寻求通过使用机械人系统来自动化种植历程 。例如,在维多利亚大学(,尼克·伯奇和泰勒·罗德斯开发了一个原型系统,称为TreeRover,该系统可携带多达10株幼苗,并具有四轮电动-带气动种植机构的驱动底座(图1) 。
 

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图1:在加拿大维多利亚大学,尼克·伯奇(Nick Birch)和泰勒·罗德斯(Tyler Rhodes)开发了TreeRover,这是一种自动种植系统,Z多可容纳10棵幼苗,并具有带有气动种植机构的四轮电动驱动底座 。

 

在操作中,机械人驾驶到种植现场,用空心金属管在地面上打一个孔,并使用压缩空气机制将树木种下 。然后将周围的土壤牢固在植物周围 。他们计划升级TreeRover原型的种植机制,导航系统和动力总成,并允许其携带更多的幼苗 。
 

葡萄好吗?
 

种植后,可以使用机械人监视葡萄园中葡萄产量,营养生长和葡萄组成等因素 。这是一个欧盟项目的目标,该项目开发了名为VineRobot的无人机械人,该机械人使用彩色相机,红外热像仪和GPS技术从葡萄园中获取农艺和生理数据(图2) 。
 

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图2:VineRobot集成了彩色相机,红外热成像仪和GPS系统,以从葡萄园获取农艺和生理数据 。
 

除了使用立体摄像机辅助导航外,VineRobot还集成了叶片传感器以检测氮和传感器,该传感器可丈量葡萄色素以获取有关Z终葡萄酒颜色的信息 。这样,可以创立完整的葡萄园地图,显示特定区域的农作物质量 。
 

为了提高产量,预防疾病和控制太过生长,须每年修剪葡萄树 。为了修剪藤本植物,选择了Z健康的藤条,然后除去其余的藤条 。为了使机械人执行此任务,须盘算出工厂的3D结构,确定要坚持或移除的手杖,并且可以进行切割而不会损坏所确定的其他手杖 。
 

为了执行此任务,由汤姆·博特里尔(Tom Botterill)博士(领导的坎特伯雷大学研究团队开发了一种机械人系统,该机械人系统装置在横跨葡萄藤并移动的平台上沿行修剪 ;等耸褂萌錾阆裢范云咸烟俳谐上,然后凭据这些图像盘算出葡萄藤的3D模型 。然后,软件将确定要保存的手杖和要切割的手杖 。
 

为此,该系统经过培训,可以通过提供修剪专家如何修剪藤本植物的示例来做出良好的修剪决策 。然后,修剪葡萄藤时,六节机械臂伸到手杖之间,并用旋转的切割工具进行所需的切割 。
 

自动拣选

虽然可以通过机械人系统进行葡萄的种植,监测和修剪,但采摘成熟果实的任务也可以实现自动化 。不幸的是,用于此任务的机械葡萄收割机相当原始,只是使葡萄振动并在葡萄从葡萄落下时将其运输到传送带上,再到蕴藏箱中 。
 

这样一来,该机械就无法与手工采摘相比,后者只能从葡萄藤上采摘Z优质的葡萄 。可是,为了对通过机械要领收获的葡萄进行分类,弗劳恩霍夫光电研究所的Kai-Uwe Vieth博士及其同事开发了一种机械视觉系统来使历程自动化 。
 

葡萄经过Armbruster Kelterei-Technologie的去茎器后,葡萄被输送到传送带并进入系统的分拣模块 。该模块的焦点是行扫描相机,它以每秒18,000次的速度纪录对水果进行成像的物料流 。该软件以毫秒为单位评估每个图像,并控制空气喷射单位,将空气中的昆虫,藤蔓芽,石头或小树枝等异物吹出 。该系统可以去除异物,并且还可以通太过析浆果的形状和颜色将浆果分类为种种质量品级 。
 

一旦分选完毕,就须将葡萄压碎,这是古板的手工操作,将葡萄在大型石槽中称为拉加尔(lagares) 。这会破裂葡萄皮的细胞壁而不会压碎种子 。如今,许多葡萄园都使用大型机械人来模仿人脚的行动,同时消除了与此任务相关的体力劳动和本钱 。
 

装瓶和包装
 

然后将酒倒入桶中并进行发酵,然后将其装瓶并包装 。同样,此历程已自动化 。例如,在为WELINKIRT WeRobotics开发的系统中,jxf吉祥坊开发了一条自动生产线来执行此任务 。在操作中,叉车操作员将空酒瓶的箱子转移到纸箱卸货区,然后将其放在传送带上 。然后将这些箱子转移到拆箱机中,该箱会自动从纸箱中取出瓶子,将瓶子支解成一个单独的传送带,再放入清洁系统中,然后装满,塞上软木塞并盖上酒瓶 。
 

为了检查是否抵达正确的填充水平,是否保存软木塞并将其正确安排在瓶子的颈部以及是否保存瓶盖,通过WeRobotics系统对瓶子进行检查;如果发明任何瓶子有缺陷,则通过软剔除系统将其移除 。然后,将那些通过检查的容器盖上盖子并贴上标签,然后再由视觉系统进行检查 。然后将制成的瓶子包装到箱子中,堆放在货盘上,然后运送给客户 。
 

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消费者满意度
 

当酒瓶抵达餐厅时,酒瓶水平安排在酒架中 。客户订购一瓶酒后,侍应生通常须从数百种类似的葡萄酒中手动取回该酒瓶 。
 

为了简化此任务,Bastian Solutions(开发了一种系统,该系统使用装置在AS / RS起重机上的小型机械人 ;等斯ぞ呤褂靡桓雠蛘偷钠,该气囊在两个位置围绕着瓶盖安排,然后将瓶放入调酒师的捡拾架中 。
 

纵然在瓶翻开后,也不需要侍酒师或葡萄酒治理员来评估其质量 。例如,巴塞罗那自治大学的Manel del Valle教授及其同事开发了一种“电子舌”,可以识别差别类型的卡瓦酒,并自动爆发相似的分类属于侍酒师,关于在测试这些葡萄酒期间发明缺陷很有用 。
 

目今,电子舌头目今可以识别三种类型的卡瓦酒:Brut,Brut Nature和Medium-Dry 。可是,通过进一步的培训,它将确定市场上全可用的类型 。
 

尽管在食品生产中使用全自动视觉引导机械人可能会给开发人员带来比工厂自动化系统更为庞大的问题,但毫无疑问,它为视觉组件OEM产品的开发人员带来的机缘将同样巨大 。

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