图尔克案例 | 芦笋收获机器人解决方案

• 关键词：图尔克,传感器,收获机器人
• 摘要：荷兰初创企业AvL Motion推出了一款可完全自主式选择性收获白芦笋的机器。在寻找用于控制高度的超声波传感器过程中，该公司发现了图尔克支持IO-Link技术的RU40U。通过后续进一步合作，AvL Motion在其车辆中集成了更多传感器技术，包括微型电感式接近开关、精密编码器以及LE550激光传感器和坚固的Li500-Q25直线位移传感器。AvL还使用图尔克的TN-Q14 RFID读写头来识别收获模块，并使用TBEN-S2-4IOL紧凑型I/O模块将IO-Link信号传输至PLC。

荷兰初创企业AvL Motion推出了一款可完全自主式选择性收获白芦笋的机器。在寻找用于控制高度的超声波传感器过程中，该公司发现了图尔克支持IO-Link技术的RU40U。通过后续进一步合作，AvL Motion在其车辆中集成了更多传感器技术，包括微型电感式接近开关、精密编码器以及LE550激光传感器和坚固的Li500-Q25直线位移传感器。AvL还使用图尔克的TN-Q14 RFID读写头来识别收获模块，并使用TBEN-S2-4IOL紧凑型I/O模块将IO-Link信号传输至PLC。

●无需附件，安装方便

2019年德国的芦笋收获量就达122,000吨。作为欧洲最大的芦笋生产国，德国的芦笋种植面积超过22,000公顷。然而，在达到餐桌前，这种蔬菜通常需要费力地从农地采收。农场主雇佣东欧和南欧的工人来收获芦笋。然而，近年来芦笋收获出现了一个重大问题，那就是越来越难找到季节性工人。荷兰工程咨询公司AvL Motion决心从事芦笋收获机的开发。历经3年的探索，如今这家来自Noord-Brabant的初创企业宣布研发出首款全自主式选择性收获机器人。他们使用经微调的传感器和控制技术生产出高科技样机。在即将到来的收获季节，客户就可以使用这种机器。

●目标：选择性收获机

公司创始人Arno van Lankveld在一家芦笋农场长大，因此对他所喜爱的这种蔬菜的收获所面临的挑战认识深刻：“芦笋植株会生长出许多朝不同方向的茎，因此收获起来尤其困难。”

通常只采收这些已经破土的嫩茎，而其他茎则保留在种植床中，在黑白隔热铝箔下面继续发育。到目前为止，检测哪些芦笋适合上市销售仍只能通过肉眼来判定。收获机面临各种各样的问题，例如在相同高度上会收割所有芦笋茎，或运行速度慢等。 

现在，AvL Motion完美地解决了这些问题，推出了选择性芦笋收获机器人。这款收获机以高达3.6千米/小时的恒定速度运行，能够自主检测芦笋尖、切割芦笋茎、将其从土壤拔出并转移到传送带。仅一个工人即可完成操作；该工人负责将装载区域的作物分拣到货箱中、远程控制机器在每行末端的转向，以及在机器的卷绕装置上覆盖隔热铝箔。“该机器人有望减少83%的劳动力需求。”据van Lankveld估计。

●使用带IO-Link接口的超声波传感器进行高度控制

除了依靠7位同事的创新精神，这种复杂的自动化运行尤其需要正确的技术。例如，仅使用1个超声波传感器会在实际应用中带来问题，因此电气工程师兼软件开发员Jordi Hutjens从图尔克的RU40U超声波传感器身上找到替代解决方案。AvL Motion使用2个带IO-Link接口的RU40U传感器来测量芦笋床与机器的气动控制型内部框架间的距离。尽管下层土壤较脏或被雨水侵蚀，传感器仍能稳定测量高度（高度可以在HMI上设置）。

AvL总裁Arno van Lankveld

图尔克出色的产品质量和快速响应能力让我们印象深刻。我们将继续与其就其他组件进行合作。

●取代依赖经验的肉眼识别

AvL Compact S1560的收获过程是动态变化的。一旦机器完成定位并开始运行，就会扫描土壤的表面。芦笋尖的精确位置通过使用激光传感器和额外的光电过程，由主控制器检测。其中的具体细节仍是这家初创企业的秘密；唯一的基本需求是土壤中没有杂草。在收获过程中，数量不一的收获模块围绕机器人内部的圆形轨道移动。这包括12个约25厘米高的料盒。它们按照机器人的速度进行调节，并控制插入、收割和夹取的整个过程。

●在目标与收获模块之间进行微调

控制器不仅需要所选芦笋的坐标来微调收获过程，还需关于模块位置和移动的连续信息流。首先它会查询当前缓存区中有多少个料盒，例如有多少个处于停留位置等，然后当前检测到芦笋的盒子会被回路检测到。对此，AvL使用小型的BI3-M08K电感式传感器进行检测。而对收获模块的精确识别则通过RFID技术实现，即图尔克TN-Q14 HF读写头，该读写头可以读取每个料盒上的独特编码。此外，位置检测通过旋转编码器实现。“该编码器在缓存区中旋转。可以指示料盒位于20 mm还是30mm高度。”AvL研发员Hutjens解释道。一旦收获机启动回路，料盒就会通过NI10U-M12 uprox接近开关，这将触发PLC启动针对收获过程的计时器的运行。为了在机器运动时同步料盒的运动，需要进行这种多层次的准备工作。

由于芦笋尖不会整齐生长，收获模块除了沿圆形轨道移动外，还可左右移动。由于压缩空气驱动会导致零点几秒的延迟，而为了确保料盒的正确对齐，PLC会获取到模块初始位置和目标位置间的距离信息。

●在收获季节之初交付 

AvL Motion证明了初创企业并不是只能从事软件领域或相关的数字化热点业务。同时，该公司还分享了许多创业公司的感受和体验，包括从最初的解决客户需求，直到及时推出功能性终端产品来满足客户期望。对于AvL而言，“及时”意味着要赶上即将到来的芦笋收获季节。经过连续数月的细致工作，该工程咨询企业为Venlo的Neessen B.V.供应了首个收获机。根据创始人Arno van Lankveld所述，该机器人在未来将无需操作员控制。“但目前，我们还是优先专注于解决芦笋农场主的紧迫需求。”

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