Безпілотні технології в полях — уже реальність!

Наразі світ наповнений технічними та технологічними рішеннями, які значно спрощують, або ж повністю звільняють людину від повсякденної одноманітної праці. З точки зору технічних рішень та електроніки — створення автономного транспортного засобу доволі просте завдання — всі наявні для цього засоби вже є на ринку

Справжній виклик полягає в тому, щоб вбудувати надійні датчики та камери, LiDAR (лазерний локатор для вимірювання відстаней), супутникове наведення та всі інші необхідні технології таким чином, щоб вони витримували суворі умови польових робіт, забезпечуючи при цьому потік оперативних даних та систему безпеки, яка не дасть змоги збити ні в чому не винного пішохода на тротуарі.

Таким чином, у проєкті автономного сільськогосподарського транспорту головними є розробники програмного забезпечення та інженери-електронщики, здатні забезпечити його ефективну та надійну роботу, а також цифрову платформу для планування завдань машини та цілодобового віддаленого моніторингу за допомогою мобільного пристрою.

Такі машини можуть бути задіяні для вирішення двох серйозних проблем у сільському господарстві — дедалі більшої нестачі кваліфікованих операторів та необхідності захисту ґрунтів завдяки використанню більш компактної та легкої техніки.

Одним із найбільших стимулів розвитку високоавтоматизованих та автономних технологій у промисловості та сільському господарстві є нестача кваліфікованої робочої сили у багатьох регіонах світу. При цьому мета автоматизації полягає не в тому, щоб замінити працівника, а в тому, щоб під час пікового навантаження було забезпечено виконання більш складних робіт.

NEXAT — одна машини для різних завдань

Компанія NEXAT (засновано в 2013 р. компанією Kalverkamp Maschinenbau GmbH) займається виключно розробкою, виробництвом та продажем нового системного трактора NEXAT.

Системний трактор NEXAT, який є несучим транспортним засобом, за допомогою якого можуть проводитися всі роботи в рослинництві — від обробітку ґрунту, сівби та внесення добрив до збирання. Знаряддя та машини для обробітку ґрунту та сівби не причіпні, як завжди, а навісні, що, своєю чергою, збільшує ККД порівняно з причіпними агрегатами. Системні особливості такі, що агрегат, робоча ширина якого становить 12 м, із року в рік рухається одними й тім самими технологічним коліям. Таким чином, 95 % площі ніколи не піддаються впливу рушіїв, що сприяє підвищенню врожайності при хорошому захисті ґрунту та навколишнього середовища.

Системний трактор NEXAT спроєктований як автономна машина та оснащено системою моніторингу навколишнього середовища. Контролювання процесів здійснюється з кабіни, що обертається на 270 °. Це створює основу для повністю автоматизованої експлуатації машини та дає змогу керувати транспортним засобом вручну під час транспортування.

Знаряддя розміщуються між чотирма великими гусеничними (або ж колісними) блоками, які можна повертати на 90 ° для їзди дорогами. NEXAT приводиться в рух двома незалежними дизельними двигунами-генераторами потужністю 400 кВт 545 к. с. кожен.

Випробування ця машина проходила на полях України. І наразі на полях нашої держави працює перший серійний системний трактор NEXAT на колесах. Автономного робота придбала агрокомпанія «Кищенці» з Черкащини.

Щодо загальної замовленої «Кищенцями» комплектації, то разом із машиною в Україну приїхала сівалка точного висіву Tempo та дискова борона Carrier від Väderstad. Також у комплекті є 15,5-мерові жатки: зернова MacDon та соняшникову Franco Fabril, 31-рядна кукурудзяна жатка Geringhoff та обприскувач Dammann, оснащений штангою 56 м та резервуаром на 18 м3.

AgBot від компанії AgXEED

Молода компанія AgXEED за п’ять років від моменту свого заснування пропонує готове, працююче безпілотне рішення AgBot. В основі цього рішення розробники закладали декілька ідей: звільнення фермерів від необхідності проводити нескінченні монотонні години в кабіні свого трактора, та зменшити навантаження на ґрунт від постійно зростаючої ваги сучасних тракторів.

Використовуючи різні варіанти сільгоспзнарядь платформа має можливість автономно виконувати низку операцій, пов’язаних із обробітком ґрунту, висіванням, доглядом за посівами.

У лінійці AgBot — три спеціалізовані автономні трактори, очолювані двогусеничною машиною потужністю 156 к. с. та доповнюваних 75-сильними повнопривідними та вузькими трициклетними моделями для вирішення широкого спектра завдань.

Їх об’єднує дизель-електрична силова установка Deutz (двигун приводить у дію вбудований генератор, що забезпечує живлення електромоторів) з можливістю встановлення у задній частині 55 кВт (74 к. с.) електроприводу

Цього року компанії AGXEED, AMAZONE та CLAAS створили створюють перший у світі галузевий альянс «ЗА» у галузі рішень для проведення високоавтоматизованих та автономних польових робіт.

Технологія, розроблена альянсом «3A», є програмним забезпеченням для планування і виконання робіт, яке раніше було доступне лише для автономних польових роботів і тепер може використовуватися в поєднанні з модулем AgXeed для управління тракторами та знаряддями. Ця технологія вже готова до виведення на ринок і здатна забезпечити від високоавтоматизованого до автономного керування зв’язкою «трактор — знаряддя», залежно від вимог та пакету доос­нащення. Це дасть змогу полегшити та підвищити ефективність сільськогосподарських процесів на всіх етапах, починаючи від планування та закінчуючи їх реалізацією та подальшим аналізом як для операторів техніки, так і для керівництва агропідприємства.

Першими продуктами, розробленими в об’єднанні «3A», стали Amazone AutoTill для культиваторів, і CLAAS Autonomy connect, які охоплюють весь процес планування і виконання робіт з обробітку ґрунту.

Проєкт альянсу «3A» дає змогу здійснювати попереднє планування для оптимізації робочого процесу. У ньому міститься інформація про початкову і кінцеву точку роботи в смузі, місце для розворотної смуги, а також параметри управління знаряддями в конкретній зоні поля.

Таке попереднє планування з урахуванням реальних параметрів машини, таких як характеристики задньої осі навішування та гідравлічних функцій для регулювання глибини обробітку, його інтенсивності дає змогу запрограмувати динамічні зміни налаштування комбінації машин з урахуванням необхідної якості роботи ще до початку її виконання.

Закриті автоматизовані системи, що існували до цього, не передбачали такого планування та контролю подальшого процесу виконання робіт, за винятком розрахунку норм внесення добрив. Завдяки системі Autonomy connect, трактори CLAAS у поєднанні з навісними знаряддями можуть виконувати польові роботи в режимі високого рівня автоматизації або автономності. Залежно від рівня, оператор може приділяти більше уваги іншим завданням, причому це стосується як польових, так й інших видів робіт. Їхнє планування здійснюється у звичній інформаційній системі CLAAS Farm Management Information System (FMIS) або на порталі AgXeed Portal. Зазначимо, що досі всі наявні підходи до автоматизації процесу обробітку ґрунту обмежувалися лише функціями, що покращують комфорт.

На відміну від них, Autotill для культиваторів Amazone — це рішення, яке безперервно узгоджує процес обробітку ґрунту з даними, що надходять від трактора, і тим самим перебирає функції контролю, які раніше були покладені тільки на оператора.

Farm Droid FD20

Першочергово автономну платформу FD20 було розроблено для вирощування органічних цукрових буряків, але наразі він має можливість працювати із цибулею, шпинатом, квітами, ріпаком і пет­рушкою (виробник постійно розширює перелік культур).

FarmDroid FD20, окрім прополювання, забезпечує й висівання культури. Висівання і прополка відбувається повністю автоматично. За допомогою робочих органів здійснюється ефективна боротьба з бур’янами як у міжрядді, так і в рядку.

В основі роботи платформи — використання високоточного сигналу навігації, що дає змогу роботу знати місце положення кожної висіяної ним насінини. Тому використання додаткових камер не передбачено.

Налаштувати робота дуже просто: необхідно лише позначити контури поля та перешкоди на ньому (дерева, стовпи елект­ропередач тощо), обрати бажану кількість розворотів, відстань між рядами та рослинами в рядку і встановити глибину висіву.

Якщо ми говоримо про цукрові буряки, то один робот забезпечує повний цикл висівання та догляду 20 гектарів за сезон. Він робить це безперервно, обробляючи посіви впродовж восьми тижнів, доки буряки не виростуть достатньо великими, щоб самим домінувати на полі. За цей період роботи встигають «пробігти» полем п’яти разів, оскільки працюють майже цілодобово.

Робот працює від двох акумуляторів, які заряджаються від чотирьох сонячних панелей. Сонячні панелі можуть виробляти до 1,6 кВт-год, що еквівалентно 20 кВт-год на день, забезпечуючи FarmDroid достатньою потужністю, щоб уникнути зовнішнього заряджання акумуляторів. Оскільки FarmDroid працює виключно на електроенергії,  що виробляється сонячними панелями, він працює на 100 % нейтральним викидом CO2!

Робоча швидкість — до 900 метрів на годину, що дає змогу обробляти до 6 га на день.

Висівні роботи останнього покоління Fendt Xaver

Перше, що кидається в очі в новому поколінні Fendt Xaver, — це зміна концепції з чотирьохколісного на триколісний.

Колеса більшого розміру забезпечують більшу площу контакту, дорожній просвіт і точніше дотримання глибини висівання. Сила нового покоління особливо очевидна на розворотній смузі: новий Fendt Xaver, шириною всього два метри, практично не потребує площі під час розвороту та, завдяки рульовому управлінню заднім колесом і повному приводу, виконує цей процес у бережний для ґрунту спосіб (навіть на м’якому ґрунті).

Додаткові вантажі на передніх колесах не тільки забезпечують більш плавний хід, а й високий тиск сошників за сівби на суглинистих ґрунтах. У повністю баластованому стані максимальна загальна маса роботи становить 250 кг, а власна маса роботи — менше 150 кг.

Насіннєвий бункер збільшується до 20 літрів, чого вистачає приблизно на 0,5 га за норми висіву 90000 насінин/га.

Ємність літій-іонного акумулятора збільшена до 2,6 кВтч. Fendt Xaver може пропрацювати близько півтори години, перш ніж його потрібно буде підключити до базової станції для зарядки.

«Десант» із шести роботів досягає продуктивності близько 3 га/год, включаючи час завантаження близько 2 га/год. Система забезпечує цілодобове автономне використання.

Agrointelli Robotti

Роботизована платформа ROBOTTI від компанії Agrointelli — це цифрова інфраструктура, що дає змогу не лиши обробляти ґрунт, висівати доглядати за полями, а й постійно збирати дані про поле, урожай, а також технічні дані, які можуть допомагати у прийняття рішень і системи управління господарством в цілому. ROBOTTI є багатоцільовим, що означає, що він може виконувати різні види польових операцій. Це інструментальний носій, призначений для широкого спектру добре відомих і добре перевірених інструментів. Він ідеально підходить для точного догляду за рослинами, наприклад для посіву, прополки, боронування, гребіння та обприскування. У конструкції ROBOTTI також використовуються стандартні та добре зрозумілі компоненти, що робить його міцним і легким в обслуговуванні. Наприклад, це може бути 2,5-метрова сівалка Pottinger Vitasem для сівби бобових, олійного ріпаку та зернових, чотирирядна сівалка точного висіву Monosem для цукрових буряків та кукурудзи, чотирисекційна сівалка Stanhay для овочевих і салатних культур, борона з гнучкими зубцями для прополювання і чотирирядна картоплесаджалка.

Модель Robotti LR призначена для роботи в легких умовах, оснащується одним дизельним двигуном Kubota потужністю 72 к. с., палива якого вистачає на 60 годин беззупинної роботи.

Версія 150D, навпаки, модернізована для виконання більш складних завдань: вона має вантажопідйомність 1250 кг, привід для руху знарядь і два двигуни — один для приводу рушіїв, другий — для приводу і гідравлічних функцій (для досягнення загальної потужності 144 к. с., коли це необхідно).

Обидві версії мають коротку колісну базу 1,55 м та ширину колії від 1,8 до 3,65 м. Вони працюють на шинах 320/65 R16 у стандартній комплектації або більш вузьких 260/70 R16 (як опція).

За ручного дистанційного управління швидкість руху становить 10 км/год, а під час роботи — удвічі менше, що допомагає зберегти точність управління.

CNH Industrial

Материнська компанія Case IH та New Holland поступово освоюють комерційні автономні технології після таких дослідницьких проєктів, як концепт Case IH AVC (по суті, Magnum без кабіни) та New Holland NHDrive T8 з можливістю автономної роботи без водія.

Тепер представлені електричні трактори Case IH Farmall 75C Electric та New Holland T4 Electric Power, призначені для продажу в США, починаючи з 2024 року та оснащені деякими обмеженими функціями автономного водіння.

Аналогічна функція дає змогу трактору проїжджати через ворота по команді з пульта дистанційного керування – більше не потрібно застрибувати та вистрибувати, щоб відкрити та закрити ворота.

Combined Powers

Спільне підприємство Krone та Lemken, що спеціалізується на розробці та виробництві агрегатів для роботи на пасовищах, випустило повнопривідний трактор, призначений для автономної роботи.

За ширини 2,7 м, висоти 2,6 м і масі 7,5–8 т він працює на 23-дюймових колесах, що рухаються дизель-електричною силовою установкою з максимальною потужністю 170 кВт (230 к. с.), що більш ніж достатньо для оранки, культивації та сівби, скошування, ворушіння та згрібання трав.

Ключовим елементом системи керування трактора є те, що вона орієнтована на систему Isobus Tractor Implement Management (Tim), що дає змогу датчикам та робочому комп’ютеру навісного обладнання передавати трактору керуючі команди — наприклад, для зміни швидкості, регулювання гідравліки, зупинки та запуску.

Після публічної демонстрації своїх можливостей у польових умовах у 2022 році проєкт передбачає подальші випробування у типових та екстремальних умовах роботи, а також збір відгуків фермерів та підрядників щодо концепції.

John Deere

Компанія John Deere досліджує безліч технологій автономної роботи та типів транспортних засобів, включаючи керований трактор та обприскувач з автоматичною дозаправкою для використання в садах тощо, а також спеціально розроблений обприскувач без водія для обприскування кукурудзи з високою прохідністю, що працює на чотирьох гусеничних візках.

Також представлено одновісний автономний трактор з електричним приводом потужністю 500 кВт (670 к. с.), який може працювати на колесах або гусеницях, агрегатуватися з культиваторами, сівалками та іншими подібними знаряддями.

Але найбільший ажіотаж викликала заява компанії Deere у січні 2022 р. про те, що в США незабаром надійде у продаж автономна версія звичайного трактора серії 8R (хоча лист замовлень ще не відкритий), причому спочатку ця версія буде орієнтована на виконання робіт з долотоподібного обробітку ґрунту з використанням найпотужнішої моделі у цій лінійці.

Модель 8R 410 потужністю 443 к. с. для чорнової роботи та 458 к. с. для роботи машинами, що мають активні робочі органи, транспортування та знарядь з інтенсивним гідравлічним навантаженням, має конфігурацію звичайної версії, але оснащена шістьма парами стереокамер, що дає можливість виявляти перешкоди на 360° та розраховувати відстань до них.

Зображення аналізуються нейромережею глибокого навчання, яка приблизно за 100 мілісекунд класифікує кожен піксель і визначає, чи може машина продовжувати рух або повинна зупинитися.

За словами представників компанії John Deere, одним із найскладніших елементів проекту було створення бібліотеки як критичних, так і доброякісних зображень — наприклад, людини чи гілки дерева, що лежить на землі.

Крім вимог безпеки, «інтелектуальна» система необхідна для мінімізації помилкових спрацьовувань, які потребують втручання оператора для повторного запуску трактора.

Як і в інших автономних машинах, за необхідності втручання оператор може зробити це віддалено, звернувшись до відео- та фотозображень, даних та показників за допомогою програми для мобільних пристроїв, яка також дає змогу дистанційно регулювати глибину обробітку ґрунту, швидкість роботи тощо.

А. Сухина, a.sukhina@univest-media.com