A robottraktorok térhódítása a szántóföldi növénytermesztésben

A digitalizáció, az automatizálás, illetve a mesterséges intelligencia eszközeinek fokozatos térhódítása a mezőgazdasági termelési technológiákat is elérte. A precíziós mezőgazdaság keretein belül számos területen alkalmaznak „okos” technikai megoldásokat a munkaműveletek hatékonyabb elvégése céljából.

Napjainkban a robotizáció a mezőgépfejlesztés szerves részévé vált. Az egyes gyártók részéről sorra jelennek meg az újabb és újabb autonóm üzemre alkalmas erőgépek, ezáltal előrevetítve a közeli jövőt, amely a mezőgazdaságban is a személyes közreműködés mérséklését, a hatékonyság növelését tűzi ki célul. Az emberi munkaerő mellőzése által a gazdálkodás kevésbé lesz kiszolgáltatott az olykor kedvezőtlen munkaerő-piaci folyamatoknak, továbbá megfelelő műszaki feltételek mellett a gépi munkavégzés fokozott hatékonysága, precizitása a fokozódó árversenyben a termelés jobb jövedelmezőségét eredményezheti. A következőkben áttekintjük a jelentősebb gyártók autonóm üzemű traktor fejlesztéseit, illetve az e téren megjelent újdonságokat.

A fokozódó munkaerőhiány ezen belül a szakemberkereslet globális szinten nehézségeket okoz nem csupán az ipari szektorban, hanem a mezőgazdaságban is. A probléma megoldására jó alternatívának ígérkezik a robotizáció. Számos munkaművelet, termeléstechnológiai munkaelem automatizálható, így elvégzésük igen eredményesen teljesíthető akár robotokkal is. Napjaink a közlekedést is érintő egyik kiemelkedő innovációja az önvezető járműtechnológiához kapcsolódó fejlesztések gyors térhódítása. Mindez a mezőgazdasági termelést is fokozottan érinti. Az erőgépek autonóm irányításának ötlete már több éve napvilágot látott.

Az autonóm gépek alkalmasak a területen való teljesen független mozgásra és munkavégzésre. A megfelelő műszaki felszereltségű gépek könnyen tudnak alkalmazkodni és reagálni az üzemeltetési környezet változásaira. A radarral és szenzorokkal ellátott gépek észlelik az útjukban előforduló akadályokat. A GPS-alapú eszközök meghatározzák a gép helyzetét, segítik a táblán való mozgást, ezáltal hozzájárulnak az üzemeltetési költségek csökkentéséhez (Jóri, 2019).

Számos mezőgépgyártó cég dolgozta ki vezető nélküli traktorának prototípusát, s ezek közül néhány üzemi körülmények között is helytállt.

Autonóm üzemű gépek ellenőrzött körülmények között, ipari létesítményekben, raktárakban, történő alkalmazása már korábban megvalósult. A mezőgazdaságban a vezető nélküli járművek alkalmazása hosszú ideig vízió volt. Az alapkutatás e témakörben a ’60-as évek elején kezdett kibontakozni. Ezek az első fejlesztési lépések a gépek kormányzását érintették.

Ezt követően számos fejlesztés készült a mezőgazdaságban alkalmazható robotok terén. Ilyenek például a szabadföldi biotermelésben alkalmazható megoldások, a videokamerával, GPS-navigációval ellátott „Demeter system” elnevezésű automata betakarító rendszer, illetve a sávpermetezésre alkalmas API platform.


1. kép. Fendt GuideConnect – két traktor, egy gépkezelőrendszer (forrás: www.fendt.com)


2. kép. A Case IH Magnum ACV és New HollandT8 NHDrive traktorrobotok (forrás: www.chnindustrial.com)

Az autonóm traktorokat érintő innováció az új évezred első évtizedében továbbfejlődött, s jellemzően az automata kormányzással kapcsolatos fejlesztéseket ölelte át. A második évtizedben a technikai előrehaladás robbanásszerűen felgyorsult. A kezdeti lépéseket a „Fendt GuideConnect – két traktor, egy gépkezelő” rendszer jelentette. Ez esetben a gépkezelő nélküli traktor ugyanazt a munkafolyamatot végzi el, mint az előtte haladó vezérjármű, amivel rádiójelekkel kommunikál, miközben a kormányzása GPS-navigációval történik (1. kép).

A Case IH Magnum AVC (Autonomous Vehicle Concept) vezető nélküli traktorrobotba beépítésre került az univerzális anyagép összes tartozéka, de a vezetőfülke hiányzik (2. kép). Mozgásának irányítását elsősorban a traktor elején elhelyezett, többcsatornás LiDAR lézer-rádió navigációs rendszer végzi. A LiDAR rendszer nem használ látható fényt, ezért alkalmas a robottraktor éjjel-nappali üzemelésre is. A robottraktor irányítását, vezérlését végző hardvert és szoftvert az ASC (Autonomous Solutions Inc.) céggel közösen fejlesztette ki a Case. A traktorrobotot a gazdaság központjában levő asztali számítógépről vagy a mezőgazdasági területen levő táblagépről vezérli az operátor.

A New Holland T8 NHDrive jelzésű traktorprototípusa a T8.410 típusjelzésű univerzális traktor robotizált változata. (2. kép). A vezérlést irányító személy a traktor helyzetét, működését folyamatosan nyomon tudja követni, és ha szükséges, az üzemeltetésbe bármikor be is avatkozhat, a fülkébe beszállva át is veheti a vezetést.

A John Deere kifejlesztett egy 400 LE teljesítményű elektromos önvezető traktort, a GridCon vállalattal közösen. A gép nem rendelkezik sem vezetőfülkével, sem akkumulátorkészlettel. Ez az első elektromos jármű, amely kizárólag elektromos vezetékkel működik, és képes önállóan dolgozni a terepen. A GridCON traktort elektromos kábel táplálja munka közben, amely a 300 kW teljesítményt folyamatosan továbbítja a munkagépre. A kábel hossza körülbelül 1000 méter, de szükség esetén meghosszabbítható. A terepmunka során a vezeték automatikusan ki- és visszahúzódik, és a traktorvezérlő rendszer kizárja a rossz kábelvezetést, valamint a vezeték vagy a gép sérülését (3. kép).

A John Deere legújabb vezető nélküli fejlesztése egy elektromos hajtású gép, az előzőekben ismertetettekkel ellentétben már nem az elektromos hálózatról nyeri az energiát, hanem jelentős méretű akkumulátorából. A 2019 őszén, egy spanyolországi dílertalálkozón bemutatott prototípus a kiszivárogtatott információk szerint 500 kW teljesítményű, ami közel 680 LE-nek felel meg. A gép a talajkímélőbb munkavégzés érdekében gumihevederes járószerkezettel rendelkezik. A tárcsás boronával társított erőgép-munkagép kapcsolat kormányzása törzscsuklós rendszerű (4. kép).

A Mahindra & Mahindra, India egyik traktorgyártó óriásának első vezető nélküli traktora 20–100 LE teljesítménnyel rendelkezik. E traktor fontosabb jellemzői az automatikus táblavégi fordulás, a GPS-technológián alapuló automatikus kormányzás, illetve a Geo-fence lock, ami lehetővé teszi a farm határvonalának betartását (5. kép).

Az indiai Escorts társaság fejlesztési terveiben olyan erőgép kidolgozása szerepel, amely hét elektromos hajtással, távműködtetéssel, szenzoralapú kormányzással működtethető, ezáltal alkalmas autonóm üzemre, adatalapú talajművelésre és növénytermelésre. Az Escorts Limited leányvállalatának, a Farmtrac traktorgyárnak a koncepciómodellje az Autonomous Farmtrac traktor, amely az indiai piachoz jól illeszkedő viszonylag kisméretű, 80 LE alatti erőgép (6. kép).

A Kubota SLA6OA 60 LE teljesítményű traktorának megfelelő működését szenzorok és kamerák biztosítják. A Kubota az automatizált traktormodell mellett egy 100 LE teljesítményű kombájnnal és egy a rizstermelésben használatos kultivátorral is rendelkezik (7. kép).


3. kép. John Deere GridCON elektromos önvezető traktora


4. kép. A John Deere legújabb, vezető nélküli, elektromos hajtású koncepciótraktora


5. kép. A Mahindra autonóm traktor üzem közben


6. kép. Farmtrac autonóm traktor


7. kép. Kubota autonóm gépek


8. kép. A rendszer működési elve

Az innovatív megoldásoknak köszönhetően a farmer képes két Kubota traktort üzemeltetni egy időben. A távvezérlési megoldás lehetővé teszi azt, hogy a traktorvezető az egyik traktorban ülve felügyel egy másik, vezető nélküli traktort. A kijelzőt figyelve képes az összes funkciót ellenőrizni (8. kép). A japán Yanmar cég autonóm traktora szintén alkalmas az „egy vezető – két traktoros” üzemmódra. A beépített szenzorok felismerik az akadályokat, megelőzve az ütközést, miközben a tablet interfész létrehozza az elhárító műveletet. A motor szabályozóegysége automatikusan optimalizálja a motorfordulatot. A megvalósított műveletekről egy kamera tájékoztatja a vezetőt. A traktor adatait telemetrikus rendszer továbbítja a központba. Az információk a tableten ikon vagy ábra formában jelennek meg, segítve a kezelő munkáját. A traktor RTK-GNSS-rendszerből kapja az információt, amellyel megfelelő pontossággal tudja a feladatokat végrehajtani. A tabletet használó vezető felügyelete alatt dolgozó robottraktor biztonságáról szenzorok és biztonsági lámpák gondoskodnak. Ezenfelül a kezelő a vészhelyzet jelző funkciót is alkalmazhatja (9. kép).

Az Iseki Robot Tractor elnevezésű pilóta nélküli traktor felépítése az Iseki Dream Pilot automatikus vezérlési technológiáján alapul, amely munkájában a globális navigációs műholdrendszert (GNSS) használja. A traktor nagy pontosságú működése 2 km-es körzetben lehetséges, a kifinomult navigációs rendszernek köszönhetően. Az ultrahangos és az infravörös lézeres érzékelő azonnal megállítja a berendezést, amikor egy személyt vagy akadályt észlel a munkaterületen. Ez a technológia nem korlátozódik egyetlen traktor működtetésére, hanem két gép munkáját is lehetővé teszi, azaz egy kezelő két gépet is tud irányítani (10. kép).

Az orosz Avrora Robotics cég fejlesztésének célja olyan jármű kifejlesztése, amely a GPS-jelek, videokamerák, lézerszkennerek és szenzorok segítségével, emberi beavatkozás nélkül képes a szántóföldi és kertészeti műveletek végrehajtására.

Az „AgroBot” kísérleti traktor hajtásáról egy kéthengeres, 25 LE-s dízelmotor gondoskodik, kompakt építésének eredményeként a tömege csupán1400 kg. A traktor tájolását érzékelők és szkennerek biztosítják, a vezérlést egy alacsony szintű AI-vel felszerelt számítógép biztosítja. A traktor felügyeletét végző kezelő elhelyezkedhet a traktor közelében vagy a vezérlőközpontban. Egy üzemeltető több traktor egyidejű működését is szabályozhatja (11. kép). A kanadai Dot Technology Corp. cég DOT-eszközhordozó robottraktora egy négy keréken guruló U-alakú eszközhordozó, amelynek vázára gyorsan lehet a különféle munkaeszközöket felhelyezni (12. kép). Az igen széles munkagépek közúton való mozgatása egyszerűen megvalósítható, mert a kerekek 90 fokos elforgatása esetén „keresztben” közlekedhet a robotgép. A jármű 4,5 literes, 163 LE-s Cummins dízelmotorral rendelkezik. A járókerekek hajtása és a munkagép működtetése hidrosztatikus rendszerű. A DOT-eszközhordozó robottraktor fejlett elektronikus tájékozódási és irányítási rendszerrel rendelkezik. A robotüzemeltetéshez szükséges információkat az elektronikus rendszer „felhőalapú” adattárból olvassa ki.


9. kép. Yanmar teszttraktorok:egy vezető – két traktor


10. kép. Az Iseki Robot Tractor elnevezésűpilóta nélküli traktor


11. kép. Az AgroBot elvi felépítése


12. kép. A DOT-eszközhordozó robottraktor (forrás: www.SeeDotrun.com)


13. kép. A Bosch BoniRob mezőgazdasági robot (fotó: Bosch)

A Robert Bosch GmbH. cég BoniRob mezőgazdasági robotja egy sokoldalú, könnyen használható funkciókkal rendelkező, többcélú gép. A gép négy – egymástól füg-getlenül is kormányozható – kerekét villanymotor hajtja, maximális 5,4 km/h haladási sebességgel. A kerekek helyzete többféleképpen állítható be, így a nyomtáv elöl és hátul is változtatható. A 24 V-os akkumulátor kapacitása 230 Ah, amely akár 24 h-s üzemeltetést biztosít újratöltés nélkül. A gép maximális mérete: hosszúság 2,8 m, szélesség 2,4 m, magasság 2,2 m lehet, a munkaeszköztől függően. A robot tömege kb. 1100 kg, és plusz 150 kg terhelést (szerszámokat) képes szállítani (13. kép).

A BoniRob önállóan navigálhat a területen lévő növényi sorok mentén, lézeres LiDAR környezet érzékelő, valamint GPS-rendszerével. A robot elektronikus számítógéprendszerének bővítésére Gigabit-Ethernet és WiFi, valamint több USB-csatlakozó áll rendelkezésre.

Végezetül, íme két példa a kis teljesítményű, könnyű szerkezeti kialakítású berendezések csoportokban, rajokban történő munkavégzésről, amelyek ma még futurisztikusnak tűnhetnek, azonban jó alternatívák lehetnek mind a kisüzemi gépesítési feladatok hatékony ellátására, mind pedig a precíziós gazdálkodás kihívásaira.

Az AGCO és a Fendt által kifejlesztett Xaver robotokrajokban dolgozva végzik a munkájukat a szántóföldön. Kicsi, mindössze 50 kg a súlyuk, könnyen mozgathatók, és gyorsan áttelepíthetők. Az elektromos meghajtású autonóm, rajokban dolgozni képes robotok egyenként 400 Watt elektromos teljesítménnyel rendelkeznek, négy elektromosan hajtott és kormányzott keréken gördülve járják be a beprogramozott nyomvonalon a területet. A vetés elvégzésére felkészített állapotban 4 literes a magtartályuk, 4 km/h sebességgel dolgozva másodpercenként 2 magot helyeznek ki pontosan, szemenként. A magtartályuk kiürülése vagy akkumulátoruk gyengülése esetén felkeresik a tábla sarkában leállított, egyébként a robotok szállítására is alkalmas utántöltő állomást. Itt gyorstöltéssel automatikusan feltöltik az akkumulátoraikat, és vetőmagot vételeznek, majd folytatják a munkájukat. Nagy pontossággal helyezik ki a magokat, a vetés mellett későbbiekben az ápolásban is bevethetők. Egy 12 db robotból álló robotraj óránként egy hektár kukoricát képes teljesen önállóan elvetni. Éjjel-nappal képesek dolgozni. Az 50 kg tömegű robotok minimális talajtömörítéssel dolgoznak. Folyamatosan képesek kommunikálni okostelefonon vagy iPadon keresztül a munkafolyamat irányítójával. Váratlan akadály jelentkezése esetén az egész robotraj leáll, és vészjelzést küld az irányító elé (14. kép).


14. kép. Az AGCO és a Fendt által kifejlesztett Xaver robotok rendszerelemei


15. kép. SwarmBot vezető nélküli minitraktorok, mint robotraj, munkavégzés közben

Az ausztráliai SwarmFarm cég által kifejlesztett robotok, mint önjáró eszközhordozók, felszerelhetők többféle művelet megvalósítására alkalmas eszközökkel, és önálló és rajban történő üzemeltetésre egyaránt alkalmasak (15. kép).

Az irodalomjegyzék szerkesztőségünkben elérhető.

SZERZŐ: DR. MAGÓ LÁSZLÓ • SZENT ISTVÁN EGYETEM, GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR, ANYAGMOZGATÁS ÉS LOGISZTIKA TANSZÉK

agco automatizálás digitalizáció mesterséges intelligencia robotizáció szántóföldi növénytermesztés