Увидеть корнеплод изнутри, не повреждая его поверхность, смогли сотрудники Тамбовского государственного технического университета с помощью IT-решений. Их разработка под названием «Роботизированный комплекс для отбраковки объектов растительного происхождения» способна за несколько секунд отсортировать здоровый картофель от больного, а также разделить его по размеру и цвету. Работа над проектом длилась почти три года и сейчас робот полностью готов для внедрения в промышленное производство.
НОУ-ХАУ ДЛЯ ТАМБОВСКОЙ КАРТОШКИ
Объёмный макет IT-комплекса весом в четыреста килограммов сейчас располагается в недавно открытом Центре коллективного пользования «Робототехника» ТГТУ, где реализуются различные научные проекты вуза.
«Идея создать комплекс для сплошного контроля сельскохозяйственной продукции возникла давно. Исследования в этой сфере учёными ТГТУ велись ещё с 90-х годов прошлого столетия. Благодаря наработанной базе удалось воплотить задумки в жизнь. Разработанные нами методы и алгоритмы позволяют заглянуть внутрь продукта, например, картофеля, и определить его внутренние дефекты, то есть то, что не видно человеческому глазу, а затем, также автоматически, пометить и отсортировать испорченный корнеплод, способный испортить весь урожай. В России до нас подобными исследованиями применительно к овощам и фруктам практически никто не занимался, в этом смысле система уникальна», - рассказывает директор Центра коллективного пользования «Робототехника» ТГТУ Андрей Егоров.
Андрей Егоров рассказывает о работе чудо-машины
Пока роботизированный комплекс адаптирован лишь под картофель, но учёные вуза продолжают совершенствовать свою разработку - скоро она должна стать ещё умнее и подходить для сортировки не только корнеплодов, но и других овощей и фруктов.
Сейчас комплекс состоит из трёх основных блоков, через которые проводится контроль качества картофеля. Так, в первой части овощ определяют на размер, цвет, форму. Делается это с помощью подсветки и специальной промышленной камеры, которая подключена к ноутбуку. Полученные изображения обрабатываются программным обеспечением, которое в течение года разрабатывали учёные ТГТУ.
Картофель движется по линии поочерёдно. Ролики конвейера при движении вращаются, за счёт чего плод полностью просматривается устройствами со всех сторон. Для движения конвейера можно подобрать разную скорость, максимальная равна сорока сантиметрам в секунду. Причём благодаря мощному двигателю и редуктору система способна работать целый рабочий день без перерывов.
Этот процесс занимает несколько секунд, далее по конвейеру картофель проходит проверку техническим зрением.
ВИЖУ ТЕБЯ НАСКВОЗЬ
«Вторая стадия – это то, чем занимается кафедра мехатроники и технологический измерений ТГТУ долгие годы – исследование теплофизических свойств веществ, - рассказывает Андрей Егоров. - Здесь происходит самый важный процесс – обнаружение внутренних дефектов картофеля. Для этого используется тепловизионная камера, которая быстро и точно сканирует температуру на всей поверхности объекта. Также задействована подсветка для бесконтактного измерения температуры картофеля и специальные лампы, которые излучают инфракрасный свет и быстро нагревают объект на несколько градусов. Незначительное повышение температуры безвредно, и с помощью этого определяется наличие дефектов под поверхностью корнеплода. Так, у повреждённого картофеля отличаются теплофизические свойства. За счёт установленных в комплексе устройств и написанного для них программного обеспечения, мы можем определить изменения».
Профессор кафедры МиТИ Павел Балабанов отвечал за самую важную часть разработки - систему технического зрения
Прежде чем получить патент на разработку, роботизированный комплекс прошёл большой этап тестирования, по результатам которого выявляли частоту и вероятность ошибок. Исследования показали точность инновационного прибора равную девяносто пяти процентов. Как пояснили учёные, это высокий показатель, ведь добиться стопроцентого результата практически невозможно.
Роботизированный комплекс может применяться на сельхозпредприятиях, в частных хозяйствах. Он позволит минимизировать убытки от потери урожая и снизить издержки человеческого труда. Причём стоимость такого оборудования в разы меньше зарубежного аналога.
«Изначально у нас не было задачи коммерциализировать этот проект, это было чисто научное исследование в рамках федеральной целевой программы. Однако одна из местных агрофирм обратилась к нам с предложением подготовить для них прототип этой системы, которая поможет в сортировке при ручном, а не роботизированном труде. То есть система, как и прежде, будет сканировать плоды, определять внутренние дефекты, указывая на них лазерным лучом. Человеку же останется только выбросить плохой овощ или фрукт с ленточного конвейера. Сейчас мы работаем над этим устройством», - поясняет Андрей Егоров.
КИЛОГРАММ КАРТОФЕЛЯ В МИНУТУ
Такова работоспособность робота-манипулятора, который завершает этап сортировки картофеля. Автоматическое устройство запрограммировано под работу комплекса ТГТУ. То есть робот знает скорость конвейера, в нужный момент он захватывает корнеплод и помещает его в нужный контейнер. За минуту устройство способно отсортировать не менее килограмма качественного картофеля.
Как поясняют учёные вуза, манипулятор может работать совместно с человеком. Он оснащён специальной системой, датчиками, которые не позволяют роботу навредить людям и самому себе. Его грузоподъёмность три килограмма, стоимость – два миллиона рублей, а весит устройство одиннадцать килограммов.
Учёные технического университета отмечают, что робот-манипулятор, как и другие составляющие комплекса, закупались за рубежом. Все они имеют высокие показатели надежности, точности и безопасности.
«Этот проект мы реализовали совместно с нашим индустриальным партнером - научно-производственным объединением «Андроидная техника». Они изготовили каркас роботизированного комплекса, а наша задача заключалась в разработке программного обеспечения, проведение научных исследований, подборке оборудования для комплекса. Над системой работали десятки человек - доктора наук, аспиранты, кандидаты, магистранты кафедры мехатроники и технологических измерений (МиТИ) ТГТУ. Каждый внёс свой вклад. Руководил проектом заведующий кафедрой МиТИ Александр Дивин. Большой объём работы также был проделан доктором наук, профессором кафедры МиТИ Павлом Балабановым, профессором кафедры МиТИ и доктором технических наук Сергеем Понамарёвым и многими другими», - рассказывает директор Центра коллективного пользования «Робототехника» ТГТУ Андрей Егоров.
Пульт управления роботизированного комплекса
Сейчас команда учёных технического университета продолжает совершенствовать систему на более высоком уровне. В этой разработке учёные планируют задействовать инновационные продукты отечественного производства. Уже закуплена гиперспектральная камера, способная без нагрева выявлять внутренние дефекты не только картофеля, но и любых пищевых продуктов. Эти методы исследования, как пояснили учёные, также уникальные для России.
Делать дальнейшие шаги в сфере инноваций лучшие умы технического университета будут с приобщением к этому процессу своих студентов и школьников Тамбовщины. Все условия для этого есть в недавно открытом в ТГТУ центре коллективного пользования «Робототехника». Это уже пятый научный центр университета, оснащенный уникальным оборудованием.
Сейчас на его базе реализуются различные научные проекты, проводятся занятия по программированию робототехнических систем, также здесь проходят профориентационные мероприятия для учеников Тамбовской области и готовятся команды школьников и студентов для участия в робототехнических фестивалях.
Центр оснащен самым современным оборудованием: промышленными и мобильными роботами, 3D-принтерами, на которых ученые «печатают» элементы для роботов. Например, промышленный робот FANUC LRMate с системой технического зрения уже несколько лет активно используется учеными ТГТУ при выполнении научно-исследовательских работ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы».
Промышленный робот научного центра
Центр представляет на своей площадке те разработки, которые ведут учёные университета в сфере мехатроники и робототехники, также он является площадкой, которая позволяет участвовать как школьникам старших классов, так и студентам в разработке программного обеспечения, мехатронных комплексов для самых разных процессов.
https://www.youtube.com/watch?v=uedI4iXFT58
