12:54 ص
الانتاج النباتي -
كتب الزراعة
كتاب : الدليل الفني المبسط للحصاد الآلي للحبوب و آليات عملها
في العقد الماضي ، شهد القطاع الزراعي تحولًا عميقًا لمواكبة الطلب المتزايد على الغذاء . من بين المهام الرئيسية في العمليات الزراعية ، لا تزال تلك التي تنطوي على التلاعب بالفواكه والخضروات واحدة من أكثر المهام استهلاكا للوقت والتي تتطلب عمالة مكثفة ، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة والقدرة التنافسية المحدودة. ويتفاقم هذا الوضع بسبب النقص في اليد العاملة من العمال الموسميين غير القادرين على السفر بين المناطق ، مما أدى إلى تراكم المنتجات الطازجة وخسائر كبيرة في الغذاء. لهذه الأسباب ، يجري بذل جهود بحثية كبيرة لأتمتة هذه العمليات اليدوية ، كما في حالة الحصاد الانتقائي ، والجمع بين المجالات متعددة التخصصات مثل العلوم البيولوجية وهندسة التحكم والروبوتات والذكاء الاصطناعي. يتم التركيز بشكل خاص على موضوعات مثل تعديل سيقان النباتات ، والتي يمكن أن تبسط عملية الحصاد ؛ أنظمة الرؤية الآلية والكشف ؛ هياكل صنع القرار ؛ الملاحة المستقلة ؛ والتلاعب الحاذق . موضوع مهم آخر ، غالبًا ما يتم التقليل من شأنه ، هو ذلك المتعلق بتصميم الأنظمة المرفقة بطرف المتلاعبات الروبوتية والتي تكون على اتصال مباشر بالفاكهة ، والمعروفة باسم القابضون أو المؤثرات النهائية.
في الحصاد اليدوي ، يستخدم البشر أيديهم لتحريك عناصر مختلفة من النباتات ، والتقاط الثمار وفصلها ، إما بشكل مباشر أو بمساعدة أداة. تعطينا حركيات الأيدي البشرية ، وتشوه الجلد والعضلات ، وحاسة اللمس لديهم قدرات استيعاب فعالة. أدت محاولات محاكاة المهارات البشرية أثناء الحصاد إلى العديد من المؤثرات النهائية الميكانيكية التي يمكن تصنيفها وفقًا لعدد أصابعهم إلى مجموعتين رئيسيتين: القابضون متعدد الأصابع والمتوازي .
أدوات القابض متعددة الأصابع ، مثل تلك المقترحة في ، تتضمن درجات متعددة من الحرية ، مما يمنحها خصائص إمساك مشابهة لليد البشرية ، على الرغم من أنها باهظة الثمن ويصعب التحكم فيها بسبب العدد الكبير من المحركات. من ناحية أخرى ، تُظهر القابض الموازية بنية ميكانيكية أبسط ، مما يسهل التحكم فيها ، حيث تحتوي على عدد أقل من المحركات. ومع ذلك ، فإن هذا التبسيط يترجم إلى قدرة أقل على التكيف أثناء الإمساك.
تصنيف عملية الحصاد
نظرًا لأن تصميمات القابض للحصاد الآلي تعتمد بشكل كبير على عملية الانتقاء ، يتم تلخيص التقنيات الرئيسية المستخدمة حاليًا أدناه بهدف إيجاد الفجوات التي يمكن أن تقدم فيها الروبوتات اللينة أكبر المساهمات. التصنيف العام الوارد في يقسم فصل الفاكهة إلى طريقتين: (1) الانفصال الميكانيكي ، والذي يتضمن إزالة قطع الفاكهة من غصن الشجرة بواسطة آلة أو آلية ميكانيكية ، و (2) دليل الانفصال ، والذي يتكون من استخراج قطع الفاكهة من غصن الشجرة بواسطة يد الإنسان. في ، تصنف عمليات حصاد الفاكهة الميكانيكية على النحو التالي: (1) تلك التي تزيل الثمار عن طريق هز النبات بأكمله من خلال نفخ الهواء أو اهتزاز المظلة أو اهتزاز الأطراف أو اهتزاز الجذع ؛ في بعض الأحيان يتم مساعدة هذه الطرق بعامل كيميائي ، مما يجعل حصاد الثمار الناضجة أسهل ؛ و (2) تلك التي تستخدم آلات قطف آلية آلية تتطلب تدخلًا بشريًا ضئيلًا أو لا تتطلب أي تدخل بشري في تشغيلها.
من خلال تقديم مجموعة متنوعة من الحلول الروبوتية لحصاد الفاكهة وتصميم مقابض جديدة ومؤثرات نهائية في السنوات الأخيرة ، من الملائم تحديث تصنيف طرق الحصاد التلقائي لتشمل أحدث التقنيات. التصنيف المقترح في هذه المراجعة هو امتداد لما تم في ، والذي صنف إزالة الثمار إلى مجموعتين: (1) تلك التي يكون فيها تطبيق القوة المباشرة على الجزء المحصود ضروريًا و (2) تلك التي تقدم طاقة الإزالة بشكل غير مباشر كاستجابة لقوة القصور الذاتي التي تسبب الانفصال عن طريق تسريع دعم التعلق بعيدًا عن جسم الحصاد. وبالتالي ، يتم تقسيم طرق الحصاد إلى ثلاث مجموعات رئيسية
الحصاد غير المباشر: تقنية تنطوي على حركة ميكانيكية غير مباشرة تجاه الثمرة من خلال القوة المطبقة على النبات نفسه ، مثل تلك التي يتم إجراؤها عند حصاد الزيتون أو اللوز أو الفستق . لجعل الثمار تتساقط بدون أي نقاط اتصال ، غالبًا ما تستخدم طرق مثل نفخ الهواء ، اهتزاز الأطراف ، اهتزاز الجذع واهتزاز المظلة.
الحصاد المباشر: طريقة تستخدم في المحاصيل التي لا يمكن هزها بسبب الخصائص الهيكلية للنبات ولكنها تتطلب تطبيقًا مباشرًا لقوة ميكانيكية على الثمرة أو ساقها ؛ تُعرف تقنيات الانتقاء هذه ، أيضًا باسم أنماط الانتقاء (على سبيل المثال ، الالتواء أو الشد أو الثني) وتتسبب في انفصال الثمار عن الساق . أمثلة من هذه المجموعة هي الطرق المستخدمة في حصاد الفراولة والتفاح والعديد من أنواع الطماطم .
الحصاد المباشر بقوة تشغيل على السويقة: تقنية يتم تطبيقها على تلك الثمار التي تتطلب حركة ميكانيكية مباشرة ، أو نوع آخر من طرق القطع ، يتم تطبيقها مباشرة على الساق نظرًا لأنها مرتبطة بالنبات من خلال شكلها المورفولوجي. السويقة الصلبة التي يجب قطعها ، كما في حصاد الباذنجان ، البطيخ ، البرتقال ، الخيار والفلفل .
في تصنيف عمليات الحصاد المذكورة أعلاه ، من المهم تسليط الضوء على أن الثمار المدرجة في المجموعة الأولى يمكن أيضًا حصادها باستخدام الطرق الموضحة في المجموعة الثانية نظرًا للخصائص الفيزيائية للسويقة. يجب دراسة أنسب طريقة للحصاد للاستخدام على أساس فردي اعتمادًا على المحصول. قد تؤثر عدة عوامل على اختيار أنسب طريقة للحصاد ، مثل (1) حجم وشكل الشجرة ، (2) الهشاشة الهيكلية للنبات ، (3) مرحلة نضج الفواكه ، (4) عدم وجود مواد إرخاء كيميائية قبل الحصاد ، والتي تؤثر على سهولة الحصاد ، (5) متطلبات تجنب الإضرار بالفاكهة أو النبات و (6) الربحية المالية . لا يشجع بعض المؤلفين استخدام منتجات مثل مذيبات الفاكهة الكيميائية قبل الحصاد نظرًا لتأثيرها على تساقط أوراق الأشجار وما تلاه من قلة الإزهار في العام التالي. هذا يعقد الحصاد من خلال الاتصال غير المباشر لمختلف الثمار داخل المجموعة الأولى ، والتي يتم جمعها في بعض الحالات عن طريق التفجير بالهواء أو اهتزاز الأطراف أو اهتزاز الجذع أو اهتزاز المظلة.
هناك أيضًا اختلافات عديدة بين متطلبات تقنيات المجموعة 2 والمجموعة 3. على سبيل المثال ، تحتاج طرق الحصاد المدرجة في المجموعة 3 إلى نظام إدراك أكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في المجموعة 2 ، لأنه بالإضافة إلى الثمار ، يجب عليهم اكتشاف سيقان الزهور ؛ تتطلب أيضًا نظامًا آليًا بدقة أكبر لتحديد موضع الدعامة بين شفرات الأداة والمضي قدمًا في قطعها دون إتلاف المحصول ، بينما باستخدام تقنيات المجموعة 2 ، يمكن حصاد الثمار بجزء من السويقة فقط عمل قطف واحد.
في الأدبيات ، يستأنف مؤلفو القدرات الرئيسية لروبوت قطف مثالي على النحو التالي: (1) الموقع ثلاثي الأبعاد للثمار في النبات ، (2) تخطيط المسار ، (3) تطبيق طريقة الفصل و التخزين المناسب ، و (4) تطبيق نظام قيادة موثوق. يجب تنفيذ هذه العمليات في ظل قيود (1) زيادة نسبة الحصاد بين الانتقاء الآلي والقطف اليدوي ، (2) زيادة جودة الفاكهة المحصودة ، و (3) كونها مبررة اقتصاديًا. علاوة على ذلك ، المرجع.
يسلط الضوء على تحديين رئيسيين في حصاد الفاكهة: (1) التلاعب الكافي بالفاكهة لتجنب فقدان الجودة وبالتالي فقدان القيمة في السوق ، مما يعني تطوير القابضين والمؤثرات النهائية التي تلبي هذا المطلب و (2) دراسة طريقة الفصل لإزالة الثمرة من الشجرة والتي تختلف باختلاف نوع الثمرة.
اختيار الأنماط
كما هو مذكور أعلاه ، فإن الثمار التي يتم حصادها عن طريق الطرق المصنفة في المجموعة 2 تشكل تحديًا في مجال التلاعب الآلي. يعتمد أحد مسارات البحث في هذا المجال على فكرة دراسة وتحليل الحركات البشرية التي يتم إجراؤها أثناء جني الثمار وتكرارها باستخدام القابض الآلي. يتم تجميع هذه الحركات تحت مفهوم أنماط الانتقاء ، والتي تشمل ، من بين أمور أخرى ، حركات الانحناء والرفع واللف والشد أو مزيج منها.
أحد العوامل المهمة التي تمت دراستها في مجال العلوم البيولوجية لطرق المجموعة 2 ، وخاصة لتطبيق أنماط الانتقاء ، هو طبقة الانفصال ، وهي حاجز لخلايا النسيج الرقيقة الجدران التي تتطور بين الثمرة والحصاد. ساق الفاكهة أو ساق الفاكهة والغصن. تحدث عملية التطور هذه عندما تقترب لحظة سقوط الفاكهة من النبات لتسهيل الانفصال . في معظم الحالات ، لن يكون للفاكهة التي يتم حصادها قبل تطوير منطقة الانقطاع خصائص سكر متطور أو متطاير أو نكهة . تحاول بعض الأبحاث تعديل أو إزالة هذه الطبقة عن طريق تعديل النبات بحيث تكون النقطة التالية لفصل النبات عن الفاكهة موجودة في الكأس مباشرة ويكون حصاد الثمار أسهل . لذلك ، من المهم تحديد طبقة الانفصال لتحديد المكان الذي تنفصل فيه الثمرة عن النبات وقت الحصاد ، بالإضافة إلى أنماط الانتقاء التي يجب تطبيقها.
هناك دراسات متاحة حول أنماط قطف (1) الطماطم ، (2) الكيوي ، (3) التفاح و (4) الفراولة ]. وتجدر الإشارة أيضًا إلى الدراسة المقدمة في ، والتي تم فيها تحليل حركات اليد والجسم البشري في عملية الحصاد لتوفير دليل لتصميم القابض الجديد والمؤثرات النهائية للإلهام المجسم.
طورت شركات الآلات الزراعية منتجات مختلفة لأتمتة أو مساعدة أجزاء من عمليات التفريغ. قام بعض الباحثين ببناء أنظمة أتمتة التفريغ ، لكن الأداء المحدود والقيود الصارمة والتكلفة العالية تحد من تأثيرها على تحسين الإنتاجية أو التكيف مع التسويق. بالإضافة إلى ذلك ، أصدرت العديد من الشركات منتجًا لأتمتة تفريغ حصادات الأعلاف. ومع ذلك ، لا يوجد نظام موجود يمكنه أتمتة تفريغ الحصادات بالكامل أثناء التنقل. لذلك ، تم اقتراح نظام لأتمتة تفريغ الحصادات أثناء التنقل من خلال المراقبة التلقائية لحالة تعبئة الحبوب ، وتحديد موقع المثقاب المفضل لتحقيق استراتيجية التعبئة المحددة ، والتحكم في تشغيل المثقاب والموقع لتحقيق التعبئة المرغوبة.
تم تطوير إستراتيجية التفريغ التلقائي لأتمتة تفريغ الحبوب. تم بناء نظام التفريغ الأوتوماتيكي من خلال دمج وحدة تحكم ونظام إدراك للحاصدة المجمعة مع تقنية توجيه السيارة الحالية . يتم استخدامها للتحكم في الوضع النسبي للجرار عن طريق تغيير سرعة الجرار واتجاه تحريكه تلقائيًا......
----------------------
---------------------------
ليست هناك تعليقات: