Robotické systémy ve vinohradnictví
Současné technologie pěstování révy vinné vyžadují v podmínkách ČR 450–600 hodin ruční práce na 1 ha. Ve vyspělých vinohradnických státech je díky využívání vhodných typů mechanizačních prostředků u převážné časti pracovních operací spojených s pěstováním révy potřeba ruční práce výrazně nižší a pohybuje se na úrovni 250–300 hodin na 1 ha. Vývoj v oblasti konstrukce strojů a zařízeních využívaných ve vinohradnictví však postupuje nezadržitelně dál, díky čemuž se lze v několika posledních letech setkat v praxi s nejvyšším stupněm komplexní mechanizace, kterým je automatizace a robotizace.
Společným znakem obou procesů je snížení podílu fyzicky namáhavé lidské práce a její úplné nahrazení prací strojovou. Činnost člověka je tak omezena pouze na nastavení, regulaci, dohled a udržení provozuschopnosti strojů.
Jsou známé např. roboty pro provádění selektivní sklizně pomerančů, jablek, jahod apod. Jejich největší nevýhodou však zůstává vysoká cena a nízká výkonnost, které brání jejich širšímu praktickému uplatnění. Intenzivní vývoj plně automatizovaných systémů je v posledním desetiletí umožněn především dostupností levných a spolehlivých optoelektronických systémů, softwarového vybavení a dalších prvků. Řada operací má nezaměnitelná specifika (ve vinohradnictví tvar keře, v ovocnictví tvar stromu, hustota porostu, výška a pod.), která byla překážkou jejich plně mechanizovaného nebo automatizovaného provádění.
Mezi hlavní průkopníky ve vývoji a zavádění robotizovaných procesů ve vinohradnictví a současně v konstrukci strojů pro jejich uplatnění patří Francie a USA. Oba státy vynakládají nemalé finanční prostředky na podporu vědecko-výzkumných týmů, které vyvíjí moderní robotická zařízení pro jednotlivé pracovní operace.
První prototypy těchto robotických zařízení jsou tak již dnes ověřovány v provozních podmínkách. Jedná se o zařízení umožňující zimní řez révy, podlom, údržbu rostlinného pokryvu v meziřadí vinic, aplikaci pesticidů, sklizeň hroznů a další. Společným znakem všech zařízení je i zde využívání nejmodernějších softwarových programů v kombinaci s optoelektronickými prvky propojených s pracovními částmi strojů.
Dobrým příkladem může být robotický stroj pro předřez (Obr. 1) s označením Vision Robotics, který je řešen jako traktorový návěsný. Pracovní část stroje tvoří dvojice robotických ramen umístněných ve vnitřním prostoru portálového rámu se zvýšenou světlou výškou, umožňující průjezd stroje nad ošetřovaným řádkem. Každé z ramen se tak nachází na jedné ze stran řádku. Obě ramena jsou zakončena hydraulickými nůžkami, které jsou využívány při samotném řezu. Z hlediska kvality prováděného zásahu má největší význam systém stereoskopických kamer, které pořizují snímky (scanny) ošetřovaného keře. Pořízené fotografie jsou po přenosu do počítače využívány pro sestavení digitalizovaného trojrozměrného modelu keře. Software umožní rychle vypracovat optimální variantu řezu podle výsledné architektury keře s následným určením těch částí keře, které mají být odstřiženy. Počítač pak v souladu s vyhodnocenými údaji přesně navede dvojici ramen s nůžkami, které provedou vlastní řez.
|
Obr. 1: Robotický stroj pro předřez Vision Robotics |
Na obdobném principu je založen také vývoj stroje pro podlom zahušťujících letorostů, který obdobně provádí podle digitalizovaného trojrozměrného modelů keře vyhodnocení hustoty letorostů, hroznů a listů na nich apod. Software optimalizuje počet ponechaných letorostů a určí letorosty k odstranění. Ramena s prstovými chapadly pak určené letorosty mechanicky odstraní.
Příkladem další robotizované operace může být údržba rostlinného pokryvu v meziřadí vinice. Robotický žací stroj s označením Vititrover (Obr. 2) je umístněn na 4 kolovém podvozku a je poháněn elektromotory, které využívají solární energii. Rozměry i tvar stroje jsou uzpůsobeny pro pohyb pod jednotlivými keři. Výška stroje je 26 cm, šířka 39 cm a délka 741 cm. Zařízení se pohybuje v prostoru vinice jejíž hranice (hraniční body) jsou vymezeny pomocí systému GPS. Stroj se pohybuje ve vymezeném prostoru, při najetí nebo nárazu na překážku kmínek, sloupek opěrné konstrukce apod. ihned změní směr pojezdu.
|
Obr. 2: Robotický žací stroj Vititrover |
Pracovní ústrojí tvoří nože přímého nebo křížového tvaru, které zabezpečí pokosení travní hmoty na malé segmenty, které zůstávají ležet na povrchu ošetřovaného pozemku. Pracovní záběr robotického žacího stroje činí cca 300 mm, nastavitelná je rovněž výška pokosu mezi 20–90 mm. Pohyb stroje řídí a monitoruje mikroprocesor, který současně umožňuje naprogramování stroje pro nepřetržitý provoz, nebo provoz v určitém časovém intervalu. Modely jsou vybaveny alarmem a PIN kódem proti krádeži. Pro milovníky elektroniky může být stroj dálkově řízen prostřednictvím smartphonu. S ohledem na konstrukční parametry jsou tyto stroje určeny do vinic s výměrou kolem 1,0 ha. Lze však očekávat zavedení strojů s větším pracovním záběrem i pro větší vinice.
Na základě rostoucích požadavků na kvalitu sklizených hroznů a určení vhodného termínu sklizně bylo vyvinuto robotické zařízení s označením Wall-Ye robot (Obr. 3). Zařízení je určeno pro provádění selektivní sklizně hroznů a pro hodnocení jejich kvalitativních parametrů. Je umístěno na 4kolovém podvozku se solárním elektropohonem, je vybaveno dvojicí robotických ramen a programově řízeno. Jedno z ramen je opatřeno spektrometrem, který umožňuje stanovit nedestruktivním způsobem cukernatost, obsah kyselin, u modrých odrůd obsah antokyanů apod. Měření se provádí spektrometrem umístněným na konci robotického ramene. Druhé rameno je opatřeno nůžkami pro odstřižení hroznů a čelistmi pro jejich uložení do transportního obalu.
|
Obr. 3: Robotický stroj pro sklizeň hroznů Wall-Ye robot |
Nejnovější trendy v této oblasti vystihuje autonomní robotické zařízení s typovým označením BAKUS (Obr. 4), francouzské společnosti Vitibot. Zařízení je tvořeno portálovým rámem se zvýšenou světlou výškou, umožňující průjezd stroje nad ošetřovaným řádkem. Zařízení může být využíváno ve vinicích se šířkou meziřadí nad 1,5 m. Pojezd stroje zabezpečuje čtveřice kol, poháněných samostatným elektropohonem. Napájení zabezpečuje baterie o výkonu 80 kWh. Nabitá baterie zabezpečuje pohon stroje po dobu 10 hodin, poté následuje nabíjení v délce 2 hodin. Předností stroje je nezávislá navigace a detekce překážek, která je zajišťována pomocí osmi 3D kamer – ifm (z ang. Intelligent Flow Managment). Stroj může být vybaven kultivačním nářadím pro zpracování půdy v oblasti příkmenného pásu vinic stehně jako adaptérem pro chemickou ochranu či provádění zelených prací.
|
Obr. 4: Autonomní robotické zařízení BAKUS |
Vývoj v oblasti konstrukce robotických zařízení postupuje nezadržitelně kupředu. Vyvíjeny jsou tak stále nové typy strojů pro provádění jednotlivých pracovních operací ve vinohradnictví. V konstrukci těchto stojů je kladen důraz zejména na šetrnost vůči životnímu prostředí (solární elektropohon, cílená aplikace fungicidů), kvalitu prováděných zásahů a v neposlední řadě kvalitu sklízených hroznů u sklizňových operací. Nespornou předností robotických systémů je jejich schopnost pracovat 24 hodin denně. Nedostatek sezónních pracovníků, rostoucí cena lidské práce, stejně jako rostoucí nákladovost vinohradnické produkce nesporně povede v nadcházejícím období k širšímu uplatnění těchto strojů v provozní praxi.
