Виноградарство, особенно в сегменте столового винограда, для обеспечения конкурентоспособности на рынке требует высокого качества гроздей. Одним из ключевых этапов для достижения равномерного развития гроздей является их прореживание. Эта операция выполняется на всех промышленных виноградниках в странах-экспортерах столового винограда. Особое внимание этой операции уделяют в Японии, Южной Корее и Китае.
Если прореживание проводить правильно и своевременно, то улучшается рост ягод, грозди придается стандартная форма, которую удобно упаковывать и транспортировать, она способствует оптимальному распределению питательных ресурсов и снижает риск заболеваний (гнилей). Однако традиционно прореживание выполняется вручную, что требует значительных трудозатрат, времени и высоких расходов.
Для решения этой проблемы команда исследователей разработала инновационный роботизированный механизм с гребневым захватом, предназначенный для автоматизированного прореживания соцветий. Устройство, установленное на роботизированной руке, обеспечивает точное и бережное выполнение операции, минимизируя повреждения растений и повышая эффективность процесса.
Почему операция прореживания гроздей так важна?
Прореживание гроздей играет ключевую роль в производстве столового винограда. Регулируя количество цветков, которые превратятся в ягоды, можно добиться сбалансированного роста гроздей, улучшая их размер и качество ягод. Правильное выполнение этой операции не только обеспечивает более однородный и товарный вид продукции, но и снижает конкуренцию за питательные ресурсы, делая метаболизм растения более эффективным. Кроме того, прореженные грозди лучше проветриваются, что снижает риск грибковых инфекций, гнилей и уменьшает необходимость в обработке химикатами.
До сих пор прореживание выполнялось исключительно вручную, но растущие трудности с поиском квалифицированной рабочей силы, высокие затраты и длительное время выполнения операции подчеркнули необходимость автоматизированного решения, способного воспроизвести точность и эффективность человеческого труда с большей производительностью.
Как работает новый роботизированный механизм?
Для создания эффективного устройства ученые провели детальный анализ физических характеристик соцветий винограда. Были изучены 200 образцов, чтобы определить ключевые параметры, такие как угол роста соцветий (от 0° до 90°), средний диаметр цветоножки (около 4,1 мм) и средняя длина соцветия (9,3 см).
На основе этих данных был разработан гребневой захват, состоящий из двух основных частей:
- Вращающееся устройство, позволяющее роботизированной руке поворачиваться на 180° для адаптации к различным углам роста соцветий.
- Зажимное устройство, использующее гребень с силиконовыми зубьями для бережного захвата цветоножки без повреждений.
Силикон был выбран в качестве основного материала благодаря своей мягкости и эластичности, что снижает риск повреждения растений и обеспечивает надежный захват.
Результаты испытаний
После разработки устройство было установлено на роботизированную руку и протестировано в реальных условиях виноградников. Эксперименты показали высокий уровень успешности проведения прореживания в сравнении с ручной работой:
- При углах роста соцветий от 45° до 60° успешность прореживания составила 93,3%.
- При углах менее 30° успешность снизилась до 73,3%.
Среднее время прореживания одного соцветия составило всего 7,65 секунд, а уровень повреждений был менее 5%, что подтвердило надежность системы.
Текущие вызовы и будущие перспективы
Несмотря на впечатляющие результаты, остаются некоторые проблемы. Например, система зрения робота может быть затруднена наличием листьев и побегов, что снижает точность операции. Кроме того, захват соцветий под малыми углами роста требует доработки.
Для решения этих задач исследователи разрабатывают новые алгоритмы компьютерного зрения и совершенствуют конструкцию захватного устройства. В будущем такие роботы могут стать неотъемлемой частью современных виноградников, обеспечивая более точное и эффективное управление урожаем.
Заключение
Автоматизация прореживания винограда открывает новые горизонты для виноградарства. Роботизированные системы не только сокращают время и затраты, но и повышают качество продукции, делая процесс более устойчивым и эффективным.
В ближайшем будущем роботы, выполняющие прореживание, могут стать стандартом в сельском хозяйстве, знаменуя новый этап в развитии точного земледелия.
