Новосибирский студент разрабатывает робота для сбора помидоров

Студент факультета информационных технологий Новосибирского государственного университета Антон Власенко создал с применением технологий 3D-печати прототип робота для сбора помидоров в теплицах. Робот умеет оценивать зрелость плодов и аккуратно собирать урожай. В скором времени аппарат пройдет испытания на объектах тепличного комбината «Толмачевский», сообщает пресс-служба вуза.

«Для анализа состояния плодов и принятия решений мы использовали алгоритмы компьютерного зрения. Также в систему заложены ультразвуковые датчики, они помогают роботу оценивать расстояние до объектов и избегать столкновений с ними. Чтобы манипулятор, снимая томаты с ветвей, случайно не раздавил их, мы снабдили устройство датчиками, которые регулируют силу сжатия. Интересный момент связан с самим алгоритмом времени сбора урожая. Мы не просто классифицируем томат на «зеленый» или «красный», а пытаемся оценить, сколько дней осталось до оптимального сбора. Для этого берем данные по цветовым каналам и насыщенности. На их основе система прогнозирует время сбора плодов. Это позволит не только собирать урожай «здесь и сейчас», но и планировать, когда именно отправлять робота к определенному кусту. Наш робот-манипулятор определяет не просто цвет томата в целом, а делит его изображение на сетку, как шахматную доску. Каждую клетку анализирует отдельно с учетом сорта плода, разделяя участки красного, зеленого или желтого цветов. Таким образом система понимает, что плод спелый, частично спелый или пока зеленый и далее прогнозирует оптимальное время для сбора плодов», — рассказал Антон Власенко.

Для обнаружения объектов применяется нейросеть Ultralytics YOLOv8, программное обеспечение робота написано на языке Python. Библиотека компьютерного зрения OpenCV решает несколько задач — чтение видеопотока с камеры, преобразование изображений, создание цветовых масок. Вычисления средних значений каналов, операции с массивами, подсчет количества пикселей в масках производятся с применением библиотеки NumPy. Контроллер Orange Pi 5 обеспечивает работу шаговых двигателей и драйверов управления. Робот получает координаты из YOLO, рассчитывает команды сервоприводов и далее срывает плод.

Манипулятор изготовлен методом 3D-печати и состоит из редуктора, сегментов руки, кронштейнов и захвата. В общей сложности с помощью 3D-принтера изготовлено сто пятнадцать деталей. После завершения печати каждая из них подвергалась тщательной пост-обработке. Значительную часть этой работы выполнял второй участник проекта — студент Сибирского государственного университета геосистем и технологий Яков Губарев. На каждой детали требовалось удалить поддержки, вручную отшлифовать контактные поверхности, просверлить монтажные отверстия под крепеж и проверить точность посадочных мест.

«Работая над распечаткой деталей манипулятора, мы столкнулись с серьезной проблемой. Он представляет собой довольно крупную конструкцию: если полностью вытянуть его руку, ее длина составит около полутора метров. Имеющийся в нашем распоряжении принтер с такой задачей справиться не мог. Стали искать варианты, и выяснилось, что печать уже готовых 3D-моделей обойдется нам дороже нового принтера, обладающего необходимыми нам возможностями, поэтому нам пришлось приобрести новый 3D-принтер», — рассказал Антон Власенко.

В настоящее время манипулятор собран, и конструкторам предстоит провести настройку движений, а затем собрать мобильную платформу, которая позволит роботу перемещаться между рядами в теплицах. Далее можно будет переходить к испытаниям в реальных условиях. В будущем проект ляжет в основу магистерской диссертации Антона Власенко и заявки на конкурс студенческих стартапов.

«Идея создать робот-манипулятор для выполнения данной задачи у меня возникла на хакатоне ТРК. Одним из его треков было создание небольшого робота, который с помощью компьютерного зрения будет собирать определенные виды плодов. Это задание было несложным: надо было сделать так, чтобы робот только коснулся выбранного им плода. В дальнейшем мы решили, что неплохо было бы создать робота, который собирал бы томаты в промышленных теплицах. Пообщавшись с бывшим директором тепличного комбината «Толмачевский» Сергеем Ложниковым мы узнали, что потребность в автоматических сборщиках урожая действительно существует. Сейчас этот процесс производится вручную, но рабочих рук не хватает, что становится для тепличных комбинатов серьезной проблемой. Наша идея создать робота, который выполнял бы данную задачу, нашла поддержку, и мы приступили к работе: сначала изучили существующие аналоги, а потом стали думать, какую архитектуру применить, чтобы правильнее осуществить сбор томатов, а также предусмотреть дальнейшее развитие. В дальнейшем мы планируем приспособить нашего сборщика томатов и для других овощных культур», — рассказал Антон Власенко.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.