Utafiti huu unatengeneza roboti jumuishi ya kuvuna zabibu yenye mikono miwili na uwezo wa kufanya kazi kwa mfululizo ili kupunguza si tu muda wa manipulator, bali pia muda wa kusubiri unaotokana na kuweka vichala kwenye masanduku baada ya kuvuna na kusimamia masanduku yaliyojaa na yaliyo tupu. Mfumo unaunganisha kamera mbili huru za RGB-D na manipulators mbili zenye 4 degrees of freedom, utambuzi wa vichala unaotegemea YOLOv8 na uainishaji wa pointi ya kuvuna ya pande tatu, usanifu wa ndani ya gari wa kuhamisha na kuhifadhi kwa muda wenye jumla ya masanduku 22 unaojumuisha nafasi 20 za kuhifadhi na meza ya kuzunguka yenye vituo viwili, pamoja na mkakati wa msingi unaohamishika unaotumia kwa kupishana hatua za 0,74 m na 1,644 m ili kufunika mapengo katika eneo la kazi. Katika mpangilio ulioboreshwa wa hand-eye, kiwango cha kufunika eneo la kazi linalotumika la manipulator kimehesabiwa kuwa %73,3 na mwingiliano wa uwanja wa kuona wa kamera kuwa %12,5. Katika hali bora, kufanya kazi kwa sambamba kwa mikono miwili hupunguza mzunguko wa kuvuna kutoka 5,2 s/kichala hadi 3,4 s/kichala; katika majaribio halisi ya shambani, mfumo unaweza kushughulikia masanduku 22, yaani vichala 110, ndani ya kazi moja, ukitoa wastani wa vichala 6,9/dakika na hadi vichala 10/dakika katika maeneo yenye msongamano mkubwa, huku chanzo kikitoa kiwango cha mafanikio ya uvunaji cha %92. Kikomo cha matokeo ni kwamba majaribio yalifanyika katika shamba moja tu la Shine Muscat chini ya mfumo wa pergola mlalo; aidha, utaratibu wa sasa wa uhamishaji bado hauwezi kukamilisha hatua ya upakuaji wa kiotomatiki kwa sababu ya tatizo la ugumu wa kimuundo wakati wa kupanua kinyume ukiwa na masanduku yaliyojaa kabisa.

Matokeo muhimu ya kiwango cha mfumo yanaonyesha kwamba lojistiki ya masanduku, ambayo inaweza kuonekana kuwa huru na kasi ya mkono wa kuvuna, ni mfumo mdogo muhimu unaoamua tija ya jumla ya roboti. Wakati mzunguko wa chini kabisa wa kuvuna unaohitajika kujaza sanduku moja kwa vichala vitano ni 17,2 s, kukamilika kwa ubadilishaji wa masanduku yaliyojaa na yaliyo tupu ndani ya 14 s huruhusu usimamizi wa masanduku kufanyika kwa sambamba na uvunaji bila kuwafanya manipulators kusubiri.

Tatizo kuu ambalo utafiti unajaribu kutatua ni lipi?

Katika roboti za kuvuna matunda, tija mara nyingi hupunguzwa kuwa kasi ya mkono wa roboti kufikia lengo na kuondoa tunda. Utafiti huu, hata hivyo, unachukulia kazi halisi ya uvunaji kuwa mnyororo wa “fikia-vuna-weka-badilisha sanduku-sogea kwenye eneo jipya la kazi” na unaona kuwa kiungo chochote katika mnyororo huu kinaweza kulazimisha mfumo mzima kusubiri.

Chanzo kinaeleza kwamba sehemu kubwa ya mifumo iliyopo ina usanifu wa “end-effector moja + sanduku moja”. Ingawa muundo huu ni rahisi kimitambo, sanduku likijaa roboti lazima irudi kwenye eneo la upakuaji au mfumo wa uvunaji usubiri sanduku libadilishwe. Katika utangulizi wa utafiti, kwa kutegemea tafiti zilizotangulia, inaelezwa kuwa muda wa kwenda na kurudi kwa ajili ya kupakua katika roboti za uvunaji zinazohamishika unaweza kufikia %25-%40 ya muda wote wa operesheni.

Kwa hiyo, utafiti unajaribu kutatua matatizo matatu ya uhandisi ndani ya muundo mmoja: mpangilio wa hand-eye unaowezesha mikono miwili kufanya kazi kweli kwa sambamba, mfumo wa ndani ya gari wa kuhifadhi kwa muda unaoweza kusimamia masanduku yaliyojaa na yaliyo tupu bila kuwachelewesha manipulators, na mkakati wa kufunika unaotumia mwendo wa msingi unaohamishika kuziba mapengo ya eneo la kazi ambayo mikono miwili haiwezi kufikia.

Usanifu wa jumla wa roboti umeundwaje?

Roboti ina mifumo midogo mitatu mikuu:

• msingi unaohamishika unaoweza kusogea katika pande nyingi;
• mfumo wa binocular hand-eye wenye mikono miwili unaojumuisha kamera mbili za RGB-D zilizowekwa kwa ulinganifu na manipulators mbili huru za 4-DOF;
• mfumo wa ndani ya gari wa kuhamisha na kuhifadhi kwa muda masanduku unaojumuisha meza ya kuzunguka, utaratibu wa uhamishaji na rafu ya kuhifadhi yenye ngazi nyingi.

Kielelezo 2 cha utafiti kinaonyesha mpangilio wa kimwili wa miundo hii mitatu kwenye jukwaa moja linalohamishika. Manipulators mbili zinawajibika kwa kuta za mizabibu upande wa kulia na kushoto wa roboti; kila mkono hufanya kazi kwa kujitegemea kwa kutumia taarifa ya lengo inayotoka katika kamera yake ya RGB-D. Muundo huu unalenga kuondoa ulazima wa kamera moja kuona eneo lote la kazi la mikono yote miwili kwa wakati mmoja.

Mfumo wa kuona na kuvuna unafanyaje kazi?

Kila kitengo cha uvunaji kina kamera moja ya kina ya Orbbec Gemini Pro. Chanzo kinatoa pembe za kuona za kamera ya kina kuwa mlalo 67,9°, wima 45,3° na diagonal 78°; kwa kamera ya RGB, pembe za kuona ni mlalo 71,5°, wima 56,7° na diagonal 84°.

Vichala hutambuliwa kwa algoriti ya YOLOv8, kisha pointi za kuvuna/kukata za pande tatu huamuliwa kwa kutumia uundaji wa kijiometri. Kila manipulator ina 4 degrees of freedom. Urefu wa mkono wa juu ni 500 mm na urefu wa forearm ni 150 mm.

End-effector inaunganisha kukata na kushika katika utaratibu mmoja. Mfuatano wa operesheni katika utafiti ni “kata kwanza, kisha shika”. Hoja ya chanzo ni kupunguza idadi ya hatua za operesheni huku ikipunguza uharibifu wa kichala.

Kwa nini zimetumika kamera mbili tofauti?

Kamera moja inapotumiwa, ujazo huo huo wa kuona lazima ufunike maeneo ya kazi ya mikono yote miwili. Katika hali hiyo, uwanja wa kuona wa kamera na eneo la kazi la kimitambo huunganishwa kwa nguvu; sehemu ya eneo ambalo mikono inaweza kufikia kinadharia inaweza isitumike kwa sababu tu ya kufunika kwa kuona au kuepuka mgongano.

Katika utafiti, kamera mbili zimewekwa kwa ulinganifu dhidi ya mhimili wa kati wa roboti. Kamera ya kulia ndiyo chanzo kikuu cha utambuzi kwa manipulator ya kulia, na kamera ya kushoto kwa manipulator ya kushoto. Sehemu mbili za kuona hazijatenganishwa kabisa; mwingiliano fulani wa mlalo umehifadhiwa ili kupunguza eneo la upofu wa kuona.

Kulingana na uzoefu wa uhandisi uliotokana na fasihi, chanzo kinachukulia takribani %10-%20 ya mwingiliano wa mlalo wa uwanja wa kuona kuwa kiwango kinachofaa kwa kamera mbili. Kutokana na vikwazo vyake vya kijiometri, kimepata thamani ya chini ya takribani %12,1 na katika muundo wa mwisho kimetumia

\[ \eta=12.5\% \]

kama uwiano wa mwingiliano.

Kwa nini eneo la kazi la kinadharia la manipulator halikutumiwa moja kwa moja?

Si kila pointi ambayo mkono wa roboti unaweza kufikia kihisabati ni yenye manufaa sawa kwa uvunaji salama na sahihi. Utafiti unachukulia eneo la kazi la manipulator kama ujazo wa takribani umbo la ellipsoid na kupunguza eneo linaloweza kutumiwa ili kuepuka usanidi wa singularity karibu na mipaka ya kinadharia.

Waandishi wanapunguza eneo la kazi la mlalo hadi %70 ya thamani ya kinadharia na eneo la wima hadi %80, hivyo kuacha nafasi ya usalama kwa singularity za kimitambo, kosa la nafasi, vizuizi vya matawi/mizabibu na tolerances za mazingira ya kilimo.

Uwiano wa kufunika kwa eneo la kazi linalotumika umefafanuliwa katika chanzo kama

\[ \eta_{\mathrm{cover}} = \frac{l_{\alpha_{er}}}{l_{\alpha_r}} \times100\% \]

Hapa \(l_{\alpha_r}\) inawakilisha urefu wa eneo halisi la mlalo la manipulator baada ya kupunguzwa, huku \(l_{\alpha_{er}}\) ikiwakilisha urefu wa eneo la uvunaji linalotumika linalobaki kutoka kwenye makutano ya eneo hili na uwanja wa kuona wa kamera.

Eneo la mwisho la kazi la mkono wa kulia limeamuliwa kuwa takribani 0,183-1,310 m, na eneo la mlalo linalotumika kwa pamoja na kamera kuwa 0,183-1,009 m. Mpangilio huu ulitoa

\[ \eta_{\mathrm{cover}}=73.3\% \]

ya uwiano wa kufunika kwa ufanisi. Kwa kuwa roboti ni ya ulinganifu, jiometri ya upande wa kushoto inachukuliwa kuwa sawa.

Je, uwanja wa kuona wa wima unafunika vichala vya zabibu kikamilifu?

Kwa vipimo vya shambani, maeneo matano ya sampuli yalichaguliwa katika shamba na jumla ya vipimo 50 vya urefu vikachukuliwa. Urefu wa vichala kutoka ardhini uliamuliwa kuwa katika kiwango cha 1,1-1,6 m.

Urefu wa kamera unapochaguliwa kuwa takribani 1,35 m, uwanja wa kuona wa wima uliokokotolewa unafunika takribani 1,016-1,684 m. Kiwango hiki kinajumuisha kikamilifu ukanda wa vichala uliopimwa wa 1,1-1,6 m.

Matokeo haya hayaonyeshi tu kwamba kamera inaweza kuona zabibu, bali pia kwamba nafasi ya kamera na ujazo salama wa kazi wa manipulator vinaweza kuoanisha katika eneo lilelile la urefu.

Mfumo wa ndani ya gari wa kuhifadhi kwa muda masanduku 22 unafanyaje kazi?

Lojistiki ya masanduku ya roboti imejengwa kwa usanifu wa tabaka tatu:

Meza ya kuzunguka → utaratibu wa uhamishaji → rafu ya kuhifadhi yenye ngazi nyingi.

Rafu ya kuhifadhi ina nafasi 20 za masanduku. Kwenye meza ya kuzunguka katikati ya roboti kuna vituo viwili vya ziada vya masanduku. Hivyo uwezo wa jumla wa kubeba unafikia masanduku 22.

Sanduku lililo katika kituo cha mbele cha meza ya kuzunguka ni sanduku la uvunaji linalotumika; manipulators mbili huweka vichala vilivyovunwa humo. Kwenye kituo cha nyuma, sanduku tupu linalofuata husubiri. Sanduku linalotumika likijaa, meza huzunguka 180° na kuleta sanduku lililojaa kwenye mfumo wa uhamishaji huku ikiweka sanduku tupu chini ya manipulators.

Utaratibu wa uhamishaji unaunganisha sahani za telescopic za hatua nyingi zinazoweza kufikia sanduku katika mielekeo ya X, Y na Z, utaratibu wa usafirishaji wa mlalo na utaratibu wa kuinua wima. Wakati sanduku lililojaa linapelekwa kwenye nafasi tupu inayofaa kwenye rafu, mfumo huleta sanduku jingine tupu kwenye meza ya kuzunguka.

Kwa nini kubadilisha sanduku ni muhimu kwa utendaji wa mfumo?

Vichala vitano vya zabibu huwekwa katika sanduku moja. Wakati mzunguko bora wa uvunaji wa mikono miwili ni 3,4 s/kichala, muda wa kinadharia wa chini kabisa wa kujaza sanduku ni

\[ 3.4\times5=17.0\ \mathrm{s} \]

lakini utafiti unaripoti 17,2 s kama muda wa chini kabisa wa kujaza sanduku katika mzunguko wa mfumo.

Mfumo wa kubadilisha masanduku huchukua jumla ya 14,0 s. Kati ya muda huu, sekunde 2,1 ni za kuzungusha meza kwa 180°, na sekunde 11,9 ni za kuhifadhi sanduku lililojaa na kuleta sanduku tupu.

Kwa hiyo, nafasi ya muda inayoonyeshwa katika chanzo ni

\[ 17.2-14.0=3.2\ \mathrm{s} \]

Hili ndilo sharti kuu la upangaji wa muda linalozuia lojistiki ya masanduku kuwa bottleneck iliyo polepole kuliko mkono wa kuvuna.

Kwa nini msingi unaohamishika hausogei kwa umbali usiobadilika?

Kati ya maeneo ya kazi yanayotumika ya mikono miwili, katika kila sehemu ya kusimama hutokea pengo la kufikia la takribani 0,366 m. Roboti ikisogea kwa hatua kubwa zisizobadilika pekee, baadhi ya vichala vinaweza kubaki katika eneo lisilofikika; ikisogea kwa hatua ndogo pekee, sehemu kubwa ya eneo lililovunwa kwenye hatua iliyotangulia hufunikwa tena na mmoja wa mikono huwa na tija ndogo.

Chanzo kwanza kilikokotoa hatua ya juu kabisa ya kinadharia kuwa

\[ S_{\max}=0.826\ \mathrm{m} \]

kisha kikaongeza takribani %10 ya nafasi ya mwingiliano kwa makosa ya nafasi na mtetemo wa kimitambo, na kuamua hatua ndogo kuwa

\[ S_a=0.74\ \mathrm{m} \]

kama hatua ndogo.

Hata hivyo, kutumia thamani hii mfululizo husababisha takribani %45 ya eneo la kazi la mkono wa kushoto kuingiliana na eneo ambalo tayari limevunwa na mkono wa kulia. Kwa hiyo watafiti walitengeneza mkakati unaotumia kwa kupishana hatua ndogo na hatua kubwa.

Katika mkakati wa mwisho wa mwendo:

• katika mienendo yenye namba witiri, 0,74 m hatua ndogo;
• katika mienendo yenye namba shufwa, 1,644 m hatua kubwa

hutumika. Hatua ndogo hufunika pengo la kufikia la awali, huku hatua kubwa ikisogeza roboti zaidi kuelekea eneo jipya la uvunaji.

Mfumo wa udhibiti unatumia vifaa na programu gani?

Kiini cha edge-computing cha roboti ni bodi ya maendeleo ya Horizon RDK X5. Chanzo kinaeleza kuwa bodi ina prosesa ya Cortex-A55 1,5 GHz yenye cores nane, kumbukumbu ya 8 GB LPDDR4 na kiongeza kasi cha AI cha Sunrise 5.

Programu inaendeshwa kwenye image maalum ya Ubuntu 22.04, na ROS 2 Humble hutumika kwa mawasiliano ya data kati ya nodes. Usanifu wa udhibiti unaunganisha mfumo wa uhamishaji wa masanduku, human-machine interface, msingi unaohamishika, manipulators mbili na vipengele vya nafasi na utambuzi kama LiDAR/RTK-GNSS/IMU karibu na RDK X5.

Mzunguko halisi wa operesheni katika Kielelezo 9 unaeleza nini?

Mchakato wa uvunaji wa roboti unaendeshwa kama mzunguko uliofungwa wa operesheni:

1. msingi unaohamishika kujiweka katika nafasi ya kuvuna;
2. kamera mbili kutambua vichala upande wao;
3. kuamua pointi za kuvuna za pande tatu;
4. mikono miwili kuvuna kwa sambamba kutoka lengo la karibu kuelekea la mbali;
5. baada ya jumla ya vichala vitano, sanduku linalotumika kuhesabiwa limejaa;
6. meza ya kuzunguka kuzunguka 180° na kubadilisha sanduku lililojaa na tupu;
7. mfumo wa uhamishaji kuweka sanduku lililojaa kwenye rafu na kuandaa sanduku jipya tupu;
8. baada ya vichala katika uwanja wa sasa wa kuona kukamilika, msingi unaohamishika kusogea kwenye nafasi mpya ya kazi.

Ujumbe mkuu wa kisayansi wa Kielelezo 9 ni kwamba uvunaji na uhamishaji wa masanduku umeundwa kama michakato miwili midogo inayofanya kazi kwa sambamba kadiri inavyowezekana, badala ya operesheni za mfululizo zinazolazimika kusubiri zamu.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika shamba la Shine Muscat lililochunguzwa, mpangilio wa ulinganifu wa kamera mbili huru na mikono miwili ulitoa %73,3 ya kufunika kwa eneo la kazi linalotumika.
• Mwingiliano wa mlalo wa uwanja wa kuona wa kamera wa %12,5 ulihifadhiwa ndani ya kiwango cha uhandisi cha %10-%20 kilicholengwa katika chanzo.
• Katika hali bora, kufanya kazi kwa sambamba kwa mikono miwili kulipunguza mzunguko wa uvunaji kutoka 5,2 s/kichala hadi 3,4 s/kichala.
• Kulingana na hesabu ya chanzo, mabadiliko haya ya mzunguko yanalingana na uboreshaji wa tija wa %34,6 ukilinganishwa na mkono mmoja.
• Mfumo wa ndani ya gari unaweza kubeba jumla ya masanduku 22 kupitia nafasi 20 za rafu na vituo viwili kwenye meza ya kuzunguka.
• Kwa kuwa mzunguko wa kubadilisha sanduku ni 14 s, mfupi kuliko mzunguko wa chini kabisa wa kujaza sanduku wa 17,2 s, chanzo kinaonyesha kwamba operesheni za kuvuna-kuhamisha-kuhifadhi kwa muda zinaweza kufanywa kwa sambamba.
• Katika majaribio matano ya shambani yenye mzigo kamili, muda wa wastani wa kazi ulikuwa dakika 15,8 na tija ya wastani ya uvunaji vichala 6,9/dakika.
• Katika maeneo yenye msongamano mkubwa wa vichala, chanzo kinaripoti kiwango cha juu cha vichala 10/dakika, na katika maeneo yenye vichala vichache au vilivyofunikwa sana takribani vichala 5,23/dakika.
• Chanzo kinaripoti kiwango cha mafanikio ya uvunaji wa shambani cha %92.
• Mkakati wa hatua za 0,74 m na 1,644 m kwa kupishana ulitumika kufunika mapengo ya eneo la kazi na kusawazisha mzigo wa mikono miwili.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haujathibitisha

• Haijaonyeshwa kwamba roboti itafanya kazi kwa tija ileile katika aina zote za zabibu au mifumo yote ya mafunzo ya mizabibu.
• Kiwango cha mafanikio ya uvunaji cha %92 hakimaanishi utendaji wa kibiashara kwa kiwango kikubwa au utendaji wa msimu wa muda mrefu.
• Majaribio hayakufanywa katika hali mbaya ya hewa, ardhi yenye mteremko au usumbufu mkubwa wa mazingira.
• Thamani ya vichala 10/dakika iliyoonekana katika maeneo yenye msongamano mkubwa si kasi ya wastani inayoweza kudumishwa katika shamba lote.
• Prototipu ya sasa haionyeshi mnyororo kamili wa lojistiki wa kiotomatiki unaopakua masanduku yaliyojaa kwa kujitegemea nje ya shamba.
• Katika sanduku lililojaa la takribani 10 kg, kupanua Y kinyume zaidi ya 0,4 m husababisha deformation ya kimitambo kuathiri usahihi wa nafasi.
• Hatua za msingi unaohamishika katika utafiti huu zimekokotolewa mapema kwa kutegemea eneo la kazi lisilobadilika; si adaptive kwa msongamano wa vichala wa wakati huo.
• Utendaji wa utafiti haukupatikana kutokana na jaribio la kulinganisha moja kwa moja lililodhibitiwa dhidi ya roboti nyingine za mikono miwili katika shamba lilelile.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Hali za shambani na nyenzo ya majaribio

Majaribio yalifanywa mwezi Oktoba katika shamba la Shine Muscat lililopo Guijiaying Village, Linyi County, Yuncheng City, Shanxi Province, China. Zabibu zililimwa kwenye mfumo wa pergola mlalo, huku vichala vikining’inia chini na kuunda kuta za trellis wima pande zote mbili.

Matokeo yaliyokokotolewa ya mpangilio wa hand-eye

Matokeo ya mkakati wa mwendo wa msingi unaohamishika

Ilikokotolewa kuwa kuna pengo la takribani 0,366 m kati ya maeneo ya kazi ya mkono wa kulia na kushoto katika kila sehemu ya kusimama. Wakati umbali wa juu wa hatua moja ni 0,826 m, hatua ndogo salama ilichaguliwa kuwa 0,74 m.

Kwa kuwa matumizi ya hatua isiyobadilika ya 0,74 m husababisha takribani %45 ya mwingiliano usio wa lazima wa eneo la kazi na kuufanya mkono wa kushoto kuwa mkono msaidizi wa kukamilisha pengo la kazi iliyopita badala ya kuvuna eneo jipya, mkakati wa mwisho ulibadilishwa kuwa matumizi ya kupishana kwa hatua mbili:

Kielelezo 8 kinaonyesha kwamba matumizi ya mfululizo ya hatua hizi mbili yanaunganisha maeneo ya kazi, na roboti inaposonga mbele pengo la kufikia hufunikwa na mkono katika nafasi inayofuata.

Ulinganisho wa mzunguko wa mkono mmoja na mikono miwili

Chanzo kinatoa mzunguko wa uvunaji wa mkono mmoja katika hali bora kuwa 5,2 s/kichala na wastani wa mikono miwili kwa sambamba kuwa 3,4 s/kichala.

Uboreshaji wa jamaa unaoripotiwa na chanzo ni:

\[ \frac{5.2-3.4}{5.2}\times100\% \approx34.6\% \]

na ndio msingi wa hitimisho la “uboreshaji wa tija wa %34,6” katika utafiti.

Majaribio matano ya shambani yenye mzigo kamili

Ili kujaribu uwezo wa roboti kufanya kazi kwa mfululizo, majaribio matano ya mzigo kamili yalifanywa. Kila jaribio lilifafanuliwa kama kazi moja ya masanduku 22 na vichala 110. Muda wa kazi uliripotiwa kuwa

dakika 21, 14, 16, 11 na 17

mtawalia. Muda wa wastani wa kazi ni dakika 15,8.

Chanzo kinatoa tija ya wastani ya uvunaji kuwa

\[ 6.9\ \mathrm{salkım/dakika} \]

na kiwango cha mafanikio ya uvunaji kuwa

\[ 92\% \]

.

Hata hivyo, kwa kuwa haijaelezwa wazi kiwango cha %92 kilihesabiwa kutokana na majaribio mangapi ya jumla ya uvunaji, denominator ya kiwango hiki haijatolewa katika maudhui ya Verianla.

Kwa nini msongamano wa vichala hubadilisha tija ya shambani?

Kielelezo 10(b)-(c) kinaonyesha kwamba muda wa kazi na kasi ya uvunaji si sawa katika eneo lote. Katika maeneo yenye vichala vingi na vinavyoendelea, roboti hufikia vichala 10/dakika, huku katika maeneo yenye vichala vichache au vilivyofunikwa sana na majani/matawi tija ikishuka hadi takribani vichala 5,23/dakika.

Chanzo kinahusisha tofauti hii na sababu mbili kuu: muda wa msingi unaohamishika kusogea kati ya malengo mapya na ucheleweshaji wa utambuzi/uchakataji wa kuona katika mazingira magumu ya kufunikwa.

Uwezo wa masanduku 22 unamaanisha nini kiutendaji?

Nafasi 20 katika mfumo wa rafu pamoja na vituo viwili vya meza ya kuzunguka vinatoa jumla ya uwezo wa masanduku 22. Kwa kuwa kila sanduku linachukuliwa kuwa na vichala vitano, uwezo wa kazi moja ni

\[ 22\times5=110\ \mathrm{salkım} \]

.

Katika jaribio la shambani la utafiti, mzunguko huu wa masanduku 22 ulikamilishwa bila kuingiliwa na binadamu. Matokeo haya yanaonyesha kwamba prototipu inaweza kusimamia si tu mkono wa kuvuna bali pia lojistiki ya ndani ya gari baada ya uvunaji katika mzunguko mrefu wa kazi.

Matokeo ya upangaji wa muda katika Kielelezo 11

Kielelezo 11 kinalinganisha operesheni ya uhamishaji-uhifadhi wa muda na muda ambao manipulator hutumia kujaza sanduku linalofuata kwenye mhimili mmoja wa wakati.

• Ubadilishaji wa meza ya kuzunguka: 2,1 s
• Kuhifadhi sanduku + kuleta sanduku tupu: 11,9 s
• Jumla ya kubadilisha sanduku: 14,0 s
• Jumla ya chini ya kujaza sanduku: 17,2 s
• Nafasi ya muda: takribani 3,2 s

Ulinganisho huu wa muda ndio msingi wa manipulators kuendelea kufanya kazi bila kusubiri uhamishaji wa sanduku.

Kikomo cha kimitambo: kwa nini upakuaji kamili wa kiotomatiki bado haupo?

Kikomo muhimu zaidi cha kimitambo katika utafiti hujitokeza wakati mfumo wa telescopic katika mwelekeo wa Y unapopanuka kinyume. Sanduku lililojaa la takribani 10 kg linapobebwa na upanuzi wa kinyume ukizidi 0,4 m, kupinda kwa ncha ya muundo wa cantilever huathiri usahihi wa nafasi.

Kwa hiyo, kazi iliyopangwa ya upakuaji wa kiotomatiki ya prototipu ya sasa haijaweza kutekelezwa kikamilifu. Lengo la muundo wa baadaye ni kutumia nyenzo zenye ugumu zaidi, muundo ulioimarishwa na miongozo ya ziada ya msaada ili kuweka kupinda kwa ncha chini ya 3 mm.

Kikomo cha pili cha mkakati wa mwendo wa msingi

Hatua za 0,74 m na 1,644 m hukokotolewa mapema kwa mujibu wa jiometri ya eneo la kazi lisilobadilika. Mfumo haubadilishi urefu wa hatua kulingana na msongamano au mgawanyo halisi wa vichala vinavyoonekana na kamera wakati huo.

Chanzo kinapendekeza katika kazi za baadaye kutengeneza ukubwa wa hatua unaobadilika kulingana na msongamano wa vichala na mgawanyo wa nafasi. Mbinu kama hiyo inaweza kupunguza vituo visivyo vya lazima katika maeneo yenye vichala vichache huku ikitoa kufunika kwa kina zaidi katika maeneo yenye msongamano mkubwa; hata hivyo wazo hili halijajaribiwa kimajaribio katika utafiti wa sasa.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: A dual-arm grape harvesting robot with binocular hand-eye system and onboard bin transfer-buffering system

Waandishi: Chenghao Zhang; Shenghui Yang; Hongbiao Lan; Chandi Xia; Kangyang Zhang; Yongjun Zheng; Liming Xu; Jieyun Li; Shaohua Xue; Xingxing Liu.

Mwandishi wa mawasiliano: Xingxing Liu.

Mchango sawa/uandishi wa kwanza wa pamoja: Chanzo hakina taarifa kama hiyo.

Taasisi: College of Engineering, China Agricultural University, Beijing, China; Shanxi Zhiyun Zhineng Technology Co., Ltd., Yuncheng, China; Shandong Key Laboratory of Intelligent Agricultural Equipment in Hilly and Mountainous Areas, Jinan, China.

Aina ya chanzo: SSRN preprint; utafiti wa robotiki za kilimo, maendeleo ya mfumo wa kimitambo na majaribio ya shambani katika shamba la mizabibu.

Hali ya peer review: Utafiti huu ni preprint na haujapitia peer review. Kila ukurasa wa hati iliyopakiwa una kauli “Preprint not peer reviewed”.

Namba ya rekodi ya SSRN: 6837410.

DOI: 10.2139/ssrn.6837410

Jukwaa: SSRN.

Tarehe ya kuwasilisha/kuchapisha SSRN: 27 May 2026.

Rekodi ya jarida lililopitia peer review: Rekodi ya bibliografia inayoweza kuthibitishwa wakati wa kuandaa maudhui haya ni rekodi ya SSRN preprint; journal version yenye jina lilelile na iliyopitia peer review haijathibitishwa.

Leseni/hakimiliki: Taarifa ya rekodi ya SSRN inaeleza “All rights reserved” na kwamba matumizi tena bila ruhusa hayaruhusiwi. Kwa hiyo, vielelezo asilia vya utafiti wa chanzo havikunakiliwa kwenye makala ya Verianla.

Ufadhili: China Agriculture Research System of the Ministry of Finance and the Ministry of Agriculture and Rural Affairs (CARS-29) na Shandong Provincial Key Research and Development Program (Grant No. 2025CXPT155).

Upatikanaji wa data: Hakuna taarifa tofauti ya Data Availability au hazina ya data ya wazi iliyotambuliwa katika chanzo.

Mgongano wa maslahi: Hakuna taarifa tofauti ya mgongano wa maslahi iliyotambuliwa katika utafiti uliopakiwa.

CRediT/michango ya waandishi: Utafiti uliopakiwa hauna taarifa tofauti ya michango ya CRediT.

Mazingira ya jaribio: Shamba la zabibu la Shine Muscat; mfumo wa horizontal pergola trellis; Guijiaying Village, Linyi County, Yuncheng City, Shanxi Province, China. Majaribio ya shambani yalifanywa katika hali nzuri ya hewa.

Mbinu ya robotiki: Kamera mbili huru za Orbbec Gemini Pro RGB-D, utambuzi wa vichala unaotegemea YOLOv8, geometric three-dimensional picking-point localization, manipulators mbili za 4-DOF, end-effector ya kukata-kushika, kompyuta ya edge ya Horizon RDK X5 na usanifu wa udhibiti uliosambazwa unaotegemea ROS 2 Humble vilitumika.

Hesabu ya eneo la kazi: Eneo la kazi la manipulator lilimodeliwa kama ujazo unaofanana na ellipsoid; katika mbinu ya Monte Carlo sampuli 10⁶ za joint-posture zilitumika na hesabu ikarudiwa mara 10 na wastani ukachukuliwa. Kwa kazi salama, %70 ya eneo la kinadharia la mlalo na %80 ya eneo la wima vilitumika kama eneo linalotumika.

Matokeo makuu ya shambani: %73,3 ya kufunika eneo la kazi linalotumika; %12,5 ya mwingiliano wa kamera FOV; 3,4 s/kichala mzunguko bora wa mikono miwili; uboreshaji wa %34,6 dhidi ya mkono mmoja kama ulivyokokotolewa katika chanzo; uwezo wa kazi moja wa masanduku 22/vichala 110; wastani wa vichala 6,9/dakika; kiwango cha juu cha vichala 10/dakika katika maeneo yenye msongamano mkubwa; %92 kiwango cha mafanikio ya uvunaji; 14 s mzunguko wa kubadilisha sanduku.

Kikomo kikuu cha kimitambo: Katika sanduku lenye mzigo wa takribani 10 kg, upanuzi wa telescopic wa kinyume katika mwelekeo wa Y ukizidi 0,4 m, kupinda kwa muundo hupunguza usahihi wa nafasi. Kwa hiyo kazi ya upakuaji wa kiotomatiki haijakamilishwa katika prototipu ya sasa.

Kikomo kikuu cha kialgoriti: Hatua za mwendo wa msingi unaohamishika hukokotolewa kulingana na eneo la kazi la kijiometri lisilobadilika na hazibadilishwi kwa ulinganifu na mgawanyo wa vichala wa wakati halisi.

Dokezo kuhusu rejea za equation: Katika sehemu ambayo mkakati wa hatua za msingi unaohamishika unatolewa, baadhi ya marejeo ya namba za equations yanaonekana kutolingana na namba katika maandishi yanayozunguka. Marejeo haya hayajanambariwa upya kutoka nje ya chanzo wala kusahihishwa kimya kimya.

Dokezo kuhusu kiwango cha mafanikio: Chanzo kinaripoti kiwango cha mafanikio ya uvunaji cha %92; hata hivyo, hakitoi kando idadi ya jumla ya majaribio/jitihada ambazo kiwango hiki kilihesabiwa. Kwa hiyo denominator haijakisiwa.

Dokezo la metadata ya peer review: Ingawa sehemu ya Acknowledgements ina kauli ya kuwashukuru wahariri na reviewers wasiojulikana, utafiti umeorodheshwa na SSRN kama preprint na faili iliyopakiwa ina kauli ya wazi “not peer reviewed”. Kauli ya shukrani haikutumika kama ushahidi wa chapisho rasmi lililopitia peer review.

Uaminifu kwa chanzo: Mbinu ya kisayansi, muundo wa kimitambo, equations, hali za shambani, usanifu wa roboti, matokeo ya nambari, tafsiri za kuona na mapungufu katika makala hii vinategemea utafiti wa chanzo wa kurasa 40 uliopakiwa. Hakuna matokeo ya kisayansi yaliyoongezwa kutoka vyanzo vya nje; uthibitishaji wa nje ulitumika tu kwa utambulisho wa bibliografia wa SSRN, DOI, tarehe, mwandishi wa mawasiliano na hali ya leseni/hakimiliki.

Muktadha wa Türkiye: Utafiti ulifanywa katika shamba maalum la Shine Muscat na mfumo wa horizontal pergola nchini China. Kwa kuwa muundo wa mashamba ya mizabibu, aina ya zabibu, mfumo wa kupogoa/mafunzo, nafasi za mistari, mteremko wa ardhi, mpangilio wa kazi na hali za mazingira nchini Türkiye hazijajaribiwa, matokeo ya chanzo si ushahidi wa moja kwa moja wa utendaji uleule katika mashamba ya Türkiye. Kwa matumizi Türkiye, eneo la kazi, nafasi ya kamera, ukubwa wa hatua na end-effector lazima zithibitishwe tena kulingana na jiometri ya shamba la ndani na aina ya zabibu.