Rolnictwo oraz maszyny specjalne i budowlane

Pozornie w rolnictwie niewiele się zmienia – rolnicy sieją, zbierają plony i hodują zwierzęta, dostarczając pożywienia reszcie społeczeństwa. W rzeczywistości postęp nie omija tej gałęzi gospodarki, a dzięki automatyzacji, robotyzacji, a ostatnio cyfryzacji ewoluuje ona we wcześniej niespotykanym tempie. Celem wdrażania nowoczesnych rozwiązań technicznych jest wzrost wydajności i opłacalności produkcji rolnej, tak by z gruntów o danej powierzchni uzyskiwać coraz większe zbiory. Wymusza to ich ograniczona dostępność z jednej oraz rosnący popyt z drugiej strony – w 2050 roku na świecie będzie żyło już blisko 10 miliardów ludzi. To znaczy, że aby zaspokoić ich potrzeby żywieniowe, produkcja rolna do tego czasu musi wzrosnąć o co najmniej 70% w porównaniu z obecnym poziomem. Jednocześnie musi się opłacać, by rolnicy nie byli stratni, a konsumenci nie płacili za żywność coraz więcej. Niestety na rentowność ma wpływ wiele czynników od rolników niezależnych, a zarazem niszczycielskich, jak pogoda, zwłaszcza w obliczu zmian klimatycznych, szkodniki, choroby dotykające rośliny i zwierzęta. Oprócz tego praca na roli nie należy do atrakcyjnych, przez co brakuje pracowników. Dlatego oszczędności szuka się, ograniczając marnotrawstwo zasobów (wody, nawozów, pestycydów i siły roboczej), zaś sposobem na zwiększenie plonów i odciążenie rolników jest zastąpienie ich maszynami w najżmudniejszych i najcięższych zadaniach. W rezultacie obecnie bardziej niż kiedykolwiek gospodarze są otwarci na nowe technologie, a systemów automatyki, robotów czy dronów przeznaczonych dla rolnictwa przybywa. Dzięki nim łatwiej będzie sprostać powyższym wyzwaniom, a z czasem też wprowadzić i upowszechnić rolnictwo precyzyjne i uprawy wertykalne (patrz: ramki), które uznawane są za przyszłość rolnictwa.

Drony w monitorowaniu pól i trzody

Ważnym zastosowaniem dronów jest zbieranie danych – z perspektywy lotu ptaka mogą dostarczyć wielu użytecznych w gospodarstwie informacji. Ich popularyzowaniu się w tej aplikacji sprzyja też dostępność cenowa w porównaniu z maszynami rolniczymi. Drony są pomocne m.in. w określaniu topografii – znając położenie wyższych i niższych obszarów pola, można przewidywać problemy z nawadnianiem i na tej podstawie planować rozkład upraw i dobierać gatunki roślin. Sprawdzają się również w monitorowaniu skuteczności podlewania już obsadzonych pól, pozwalając zlokalizować obszary za mokre lub zbyt suche. Kolejne zastosowanie to nadzór nad żywym inwentarzem. Można je wykorzystać do zliczania i inwentaryzacji stada, w tym identyfikacji poszczególnych osobników, i wykrywania tych chorych, na przykład o nieprawidłowej temperaturze ciała. Są także pomocne w inspekcji ciągłości ogrodzeń pastwisk. Drony wykorzystuje się oprócz tego w monitorowaniu stanu upraw m.in. przez wyznaczanie znormalizowanego różnicowego wskaźnika wegetacji. Parametr ten charakteryzuje stan roślin i jest określany na podstawie stopnia odbicia promieniowania w zakresie bliskiej podczerwieni – suche, chore liście pochłaniają go więcej niż te żywe i zdrowe. Informacje zbierane przez drony pozwalają także na dokumentowanie stanu upraw i zwierząt hodowlanych, co ułatwia rozliczenia z ubezpieczycielami w razie wystąpienia klęski żywiołowej. Możliwości dronów zależą od ich wyposażenia. Przykłady popularnych czujników pokładowych wraz z ich zastosowaniami przedstawiamy w tabeli.

Automatyzacja nawadniania

Kolejnym zadaniem, które opłaca się zautomatyzować, jest nawadnianie. Automatyczne systemy podlewania pozwalają na osiągnięcie odpowiedniego stopnia nawilżenia gleby bez marnowania wody dzięki optymalnemu doborowi jej ilości do rzeczywistego zapotrzebowania. W tym celu wykorzystuje się sensory umieszczane w gruncie, mierzące stopień jego zawilgocenia, sensory pogodowe i spryskiwacze. Tymi steruje się zdalnie, dzięki bezprzewodowej dwukierunkowej komunikacji sterownika centralnego ze sterownikami zaworów oraz czujnikami w glebie. W kontrolerach zwykle dostępne są różne tryby pracy, domyślne i programowalne. Wyniki pomiarów i historia regulacji nawadniania są obecnie zazwyczaj zapisywane w chmurze, co pozwala na analizę jego skuteczności. Lokalne moduły sterowników zainstalowane w polu sterują typowo kilkoma zaworami. Są projektowane do pracy bezobsługowej, z obudową o odpowiednim stopniu ochrony przed wnikaniem wilgoci i zapyleniem. Wyposaża się je też w zintegrowany panel fotowoltaiczny zapewniający zasilanie ich akumulatora.

Choć spryskiwanie jest skuteczną metodą nawadniania, naśladującą naturalne zraszanie przez deszcz, nie zawsze się sprawdza. Typowe ilości i ciśnienie wody nie są odpowiednie dla wszystkich roślin – mogą na przykład uszkodzić te młode lub uniemożliwić zapylanie w fazie kwitnienia. Nie jest to też sposób precyzyjny w przeciwieństwie do nawadniania kropelkowego, w którym woda systemem rurek w gruncie jest doprowadzana bezpośrednio do korzeni rośliny. Pozwala to ograniczyć zużycie wody nawet o 70% w porównaniu do spryskiwania, a ponieważ gleba otaczająca roślinę pozostaje sucha, woda wolniej odparowuje i wolniej też rosną chwasty. Systemy nawadniania kropelkowego także się automatyzuje. Technika ta jest wdrażana poza tym w nawożeniu.

Roboty nawożące i siejące

W nawożeniu i siewie sprawdzają się także specjalnie do tych zadań projektowane roboty, które w porównaniu do maszyn kierowanych przez rolników mają wiele zalet. Na przykład te rozsiewające nasiona, działające autonomicznie, nawigują po polu w oparciu o sygnał z systemu GPS, a sterownik planuje ich trasę w taki sposób, aby jeździły tylko po miejscach, na których nie będą rosły rośliny i jak najkrótszą drogą. Kolejną zaletą jest poprawa dokładności siewu – ponieważ robot odnotowuje położenie każdego nasiona, w razie pominięcia miejsca, w którym według planu powinno zostać umieszczone, powtarza siew, ale tylko w miejscu braku, nie naruszając tych prawidłowo zasianych. Nasiona są również rozmieszczane w precyzyjnych odstępach. Informacja o ich położeniu jest też przydatna w pieleniu. W przeciwieństwie do rozwiązań robotów odchwaszczających, opartych na informacji z kamer, o których piszemy dalej, dysponując danymi z rejestru zasiewu, pielenie może się rozpocząć, nawet gdy plon jest wciąż niewidoczny i nie można jeszcze roślin właściwych od chwastów odróżnić. W przypadku niektórych upraw warto jest również skorzystać z robotów w nawożeniu. Przykładem jest kukurydza, ponieważ traktory mogą uszkodzić jej wysokie łodygi. Roboty autonomiczne wykorzystywane w tym zadaniu typowo również korzystają z sygnałów z systemu GPS w celu nawigacji po polu oraz z lidarów. Za pomocą tych drugich skanują otoczenie, by korygować trasę tak, by prowadziła pomiędzy rzędami łodyg kukurydzy, bez uderzania w nie.

Ograniczenia tradycyjnego pielenia

Odchwaszczanie zwiększa plony. Chwasty zwalcza się środkami chemicznymi (herbicydami) albo usuwa je z upraw. Stosowanie herbicydów w rolnictwie zagraża ludziom, zwierzętom, środowisku, ponieważ przenikają do wód gruntowych, a produkty ich rozkładu mogą unosić się w powietrzu. Z drugiej strony jest to najskuteczniejsza i chociaż nie tania, to jednak najbardziej opłacalna, metoda odchwaszczania, dla której alternatywę stanowi maszynowe i/albo ręczne pielenie. Sposoby te są jednocześnie praco- i czasochłonne, a przez to kosztowne – to m.in. z powodu wyższych kosztów pracy plony z gospodarstw ekologicznych są droższe od tych uprawianych tradycyjnie. Mimo to rolnictwo ekologiczne zyskuje popularność wśród konsumentów dbających o swoje zdrowie i środowisko. Sprzyjają mu również odgórne inicjatywy. Przykład to strategia Farm to Fork w ramach Europejskiego Zielonego Ładu, promująca rolnictwo zrównoważone, które produkuje zdrową żywność. Zakłada ona, że w 2030 roku plony z gospodarstw ekologicznych będą stanowić już jedną czwartą produktów rolnych UE (obecnie to tylko 7%). W odpowiedzi na to na rynku pojawia się coraz więcej zautomatyzowanych i zrobotyzowanych, w tym autonomicznych, maszyn do odchwaszczania, które w porównaniu do metod tradycyjnych nie wpływają negatywnie na środowisko i odciążają rolników. Często są projektowane do pielenia buraków cukrowych. Te są szczególnie podatne na zachwaszczenie i dzięki temu nadają się do demonstracji możliwości takich maszyn. Zwykle można je jednak przeprogramować do pielenia innych roślin.

Roboty odchwaszczające

W przykładowym wykonaniu robot odchwaszczający po polu nawiguje w pełni autonomicznie. Maszyna wyposażona jest w dwie kamery. Przednia służy do rozpoznawania rzędów pielonych roślin. Na podstawie rejestrowanych przez nią obrazów sterownik robota koryguje jego ścieżkę ruchu. Druga kamera jest skierowana pionowo w dół i monitoruje grunt. W oparciu o obrazy z tego źródła kontroler rozpoznaje poszczególne rośliny i różnicuje te pożądane od chwastów. Te drugie w razie rozpoznania są usuwane przez lemiesze zamocowane na tyle robota pielącego. W tym celu zanurzają się one na dwa centymetry w ziemi i wyrywają chwasty z korzeniami, pozostawiając wyrwane rośliny na powierzchni do wyschnięcia. Usuwanie chwastów rosnących pomiędzy rzędami roślin jest stosunkowo łatwe. Trudniejsze jest ich wyrywanie w rzędach bez uszkadzania właściwej uprawy. Aby tego ostatniego uniknąć, lemiesze są otwierane i zamykane, w zależności od informacji przekazywanych do systemu sterowania przez drugą kamerę, tak by nie nie dotykały właściwej rośliny. Obecnie prowadzone są też prace nad udoskonaleniem takich maszyn. W przykładowym rozwiązaniu robot odchwaszczający wyposażony jest w laser. Maszyna nawigowana w oparciu o dane z systemu GPS ma również wbudowaną kamerę, która jest częścią systemu wizyjnego wykorzystującego algorytmy głębokiego uczenia do rozróżniania chwastów. Te rozpoznane są wypalane laserem. Jest to rozwiązanie precyzyjniejsze od ich mechanicznego wyrywania, zwłaszcza w przypadku chwastów rosnących w bezpośrednim sąsiedztwie rośliny.

Zalety dronów w opryskach

Uprawy rolne opryskuje się środkami chemicznymi, żeby chronić je również przed szkodnikami. W tym zadaniu ludzi mogą zastąpić drony. Opryski przy ich użyciu są tańsze, szybsze i skuteczniejsze w porównaniu do sposobów tradycyjnych. Wynika to stąd, że drony aplikują pestycydy dokładniej, równomierniej i wydajniej, a opryski są najbarUprawy rolne opryskuje się środkami chemicznymi, żeby chronić je również przed szkodnikami. W tym zadaniu ludzi mogą zastąpić drony. Opryski przy ich użyciu są tańsze, szybsze i skuteczniejsze w porównaniu do sposobów tradycyjnych. Wynika to stąd, że drony aplikują pestycydy dokładniej, równomierniej i wydajniej, a opryski są najbardziej opłacalne a zarazem najefektywniejsze wtedy, gdy są podawane w odpowiednich ilościach oraz we właściwych miejscach. Za duża koncentracja chemikaliów w jednym miejscu skutkuje pogorszeniem jakości plonów i niepotrzebnymi kosztami, zaś za niskie stężenie pestycydów rozprowadzonych za rzadko nie chroni upraw przed szkodnikami ani nie zwalcza chwastów, co zmniejsza plony. Drony opryskowe, poza tym że ograniczają zużycie agrochemikaliów i zapewniają większe zbiory, pozwalają również zaoszczędzić na kosztach pracy i sprzętu i ułatwiają opryski w trudno dostępnych miejscach, na przykład na stromych zboczach. Rolnicy są również dzięki nim mniej narażeni na kontakt ze szkodliwymi substancjami.

Drony opryskowe

Drony opryskowe wymagają specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych, gdyż przenoszą zbiorniki z płynnymi środkami, czyli niestandardowy ładunek w porównaniu z ich typowym wyposażeniem, jak sensory i kamery, który dodatkowo muszą rozpylić w powietrzu po zwykle rozległym terenie. Przede wszystkim algorytmy sterowania muszą uwzględniać pęd cieczy zmieniający się w miarę opróżniania zasobnika i jej rozprysk, na który mają wpływ opór i zawirowania powietrza. Dysze i parametry przepływu muszą zostać tak dobra ne, żeby zapewnić zakładaną szybkość i precyzję oprysku przy danej prędkości i zwrotności drona oraz lepkości cieczy. Wprowadzane są także specjalne konstrukcje, jak regulowane ramiona, pozwalające na ukierunkowanie strumienia, ukośne opryskiwanie, penetrację listowia czy możliwość niezależnego sterowania dyszami. Szybkość, udźwig (pojemność zbiornika – typowo od kilku do nawet kilkudziesięciu litrów) i zasięg rozrzutu (zwykle kilka metrów) muszą zapewnić wymagane pokrycie w jednostce czasu (nawet kilkadziesiąt akrów w ciągu godziny). Drony opryskowe powinny też mieć odpowiedni poziom wodoszczelności i być odporne na korozję. Standardowo wyposaża się je także w czujniki radarowe, umożliwiające omijanie przeszkód, adaptację do terenu i utrzymanie wysokości oraz kamery zapewniające dookólny widok bez obracania drona. Dronami, w tym ich flotami, można sterować zdalnie. Ułatwiają to specjalne funkcje, jak automatyczne zamiatanie krawędzi, zapewniające szerokie pokrycie opryskiem i szacowanie czasu do opróżnienia zbiornika i rozładowania baterii. Drony mogą też pracować autonomicznie, z planowaniem optymalnej trasy. Oprócz tego, że spryskują uprawy pestycydami, mogą rozrzucać nawozy i rozsiewać nasiona czy rozsypywać paszę dla zwierząt.

Wyzwania w zbiorach plonów

Mimo postępu w technologii robotów zbiory owoców i warzyw latami pozostawały poza ich zasięgiem. Wprawdzie opracowywano maszyny tego typu, nie były jednak dostępne na skalę masową, a jedynie testowano je w ramach projektów badawczych i startupów. Wpływa na to specyfika zrywania płodów rolnych tego typu, zadanie to bowiem mimo że dla ludzi łatwe do wykonania, w przypadku robotów stanowiło prawdziwe wyzwanie z kilku powodów. Typowo stanowi ono sekwencję trzech czynności: lokalizacji na przykład owocu na krzaku lub drzewie, oceny stopnia jego dojrzałości do zerwania i zdjęcia go z krzaka lub z gałęzi. Każdy, kto zbierał owoce czy warzywa z krzaka, wie, że znalezienie wszystkich wymaga dokładnego przeszukania, w tym rozchylania łodyg i zaglądania pod liście. Podobnie w przypadku drzew trudność stanowi odróżnienie gałęzi o nieregularnych kształtach od owoców ukrytych w gęsto ulistnionych koronach, utrudniane przez dobowe zmiany w oświetleniu oraz zachmurzenie, przez co więcej czasu zajmuje przestawianie drabiny niż samo zrywanie. W kolejnym kroku należy odróżnić plony dojrzałe od jeszcze niedojrzałych i rozpoznać uszkodzone albo zgniłe. Na ostatnim etapie wymagana jest z kolei szczególna ostrożność, większość owoców i niektóre warzywa mają bowiem delikatną strukturę, więc ściśnięte zbyt mocno ulegają uszkodzeniu, przez co nie tylko nie wyglądają apetycznie, ale i szybciej się psują. Z drugiej strony uchwycone za słabo mogą podczas przekładania do koszyka upaść i także się obić, podobnie jak te włożone do niego zbyt gwałtownie albo wrzucone. Sprawę komplikuje fakt, że przykładaną siłę powinno się regulować na bieżąco, gdyż niektóre owoce mogą być przymocowane do łodygi mocniej niż inne.

Roboty zrywające

W związku z warunkami, w jakich się to odbywa (czynniki atmostematferyczne, obciążenie kończyn i kręgosłupa), perspektywa zastąpienia ludzi w zrywaniu owoców i warzyw była jednak na tyle zachęcająca, że w pracach nad robotami tego rodzaju nie ustawano. Ostatnio wysiłki te jeszcze zintensyfikowano ze względu na braki siły roboczej w związku z pandemią koronawirusa, a od niedawna również z powodu wojny na Ukrainie. Wykorzystanie robotów w tym zadaniu niesie ze sobą również dodatkowe korzyści. Przede wszystkim zapewnia stałą, a potencjalnie większą, wydajność zbiorów. Od razu może być także przeprowadzana klasyfikacja i kontrola jakości, na miejscu, bez konieczności powtarzania niektórych czynności. Ponadto roboty mogą pracować w nocy, a owoce zebrane w niższej temperaturze są trwalsze. Przy okazji można też gromadzić dane, na przykład o wielkości i jakości zbiorów z każdego krzaka. Projektantom robotów starających się sprostać opisanym wyżej wyzwaniom sprzyjały też zmiany zachodzące w organizacji gospodarstw. Na przykład w sadach upowszechnia się technika kształtowania drzew, w której są sadzone przy kratach, w taki sposób, by te korygowały ich wzrost. Dzięki temu gałęzie układają się w regularny sposób, tworząc ścianę zamiast rozłożystej korony. Owoce są wtedy lepiej widoczne i łatwiej dostępne, dociera też do nich więcej światła. Od lat hodowcy pracują ponadto nad odmianami, na przykład jabłek, odporniejszymi na obicia przy wrzucaniu do koszy. Wszystkie te zmiany ułatwiają pracę w sadach ludziom, ale i robotom. W efekcie w ostatnich latach opracowano wiele modeli maszyn zbierających plony, które oddano do użytku, na plantacjach truskawek, malin, sałaty i w sadach jabłoniowych. Wykorzystują one najnowsze rozwiązania techniczne, w tym sztuczną inteligencję, której główną aplikacją jest analiza obrazów pozyskiwanych przez kamery, w które wyposaża się roboty. Do zbierania owoców używa się chwytaków próżniowych lub palcowych, wyposażonych w liczne czujniki mierzące nacisk, prędkość, kąt i inne parametry chwytania. Dla większej delikatności pokrywa się je amortyzującą silikonową "skórą", a zręczność zapewnia programowanie w sposób odtwarzający ruchy palców dłoni.

Maszyny specjalne i budowlane

Liczba operacji, którymi można zdalnie sterować w mobilnych maszynach i pojazdach specjalnych, używanych w budownictwie, górnictwie, transporcie, usługach komunalnych, jest bardzo duża. Na przykład w wozach strażackich zautomatyzowana jest obsługa drabiny. Zdalnie można regulować jej długość, kąt nachylenia i obroty, jak również położenie kosza wysięgnika. Pojazdy te są także wyposażane w różne automatyczne zabezpieczenia, na przykład przed uszkodzeniem drabiny w czasie jej składania i zgubieniem sprzętu na skutek niedomknięcia drzwi pojazdu. W dźwigach i podnośnikach zdalnie można sterować wysięgnikiem. Automatycznie regulowane jest także położenie kabiny w poziomie, co zapobiega jej nadmiernemu przechylaniu się. Ustawienie kabiny i koszy wysięgników monitorują czujniki przechyłu (inklinometry) i akcelerometry, a częścią systemów sterowania obrotowymi mechanizmami wysięgników dźwigów i wozów strażackich są enkodery. W wywrotkach operator zdalnie steruje skrzynią ładunkową, a w koparkach łopatą. Dalej na przykładach wybranych pojazdów komunalnych oraz maszyn budowlanych szerzej przedstawiamy funkcjonalność i komponenty systemów automatyki, w które są one wyposażane.

Czujniki i automatyka w śmieciarkach

Automatyzacja śmieciarek usprawnia ich obsługę, odciąża pracowników i zwiększa efektywność odbioru odpadów, zmieszanych i posegregowanych. Dodatkowo poprawia bezpieczeństwo załogi i osób postronnych, mogących znaleźć się w pobliżu śmieciarek w trakcie ich załadunku. Nowości techniczne mają też przekonywać, że praca przy ich obsłudze nie jest aż tak nieprzyjemna, jak się wydaje. Dlatego przede wszystkim automatyzuje się zadania, które wymagają bezpośredniego kontaktu z odpadkami. W tym celu wyposaża się je w wyrzutniki z funkcją automatycznego podnoszenia pojemnika znajdującego się w ich roboczym zasięgu, opróżniania go, a potem odstawiania zbiornika na miejsce. Trajektorię ruchu wyrzutnika wyznacza się tak, aby nie doszło do jego przypadkowego zderzenia z przeszkodami. Wyposaża się go też w osłony, bariery (stałe, nadmuchiwane) i kurtyny przeciwpyłowe. Częścią systemu zabezpieczeń wyrzutników są też czujniki kolizji zatrzymujące je, gdy w obszarze roboczym zostanie wykryta przeszkoda. Bezpieczeństwo podnoszenia, opróżniania i odstawiania pojemnika na odpadki gwarantuje skanowanie przestrzeni pod i wokół niego przez jednocześnie kilka sensorów, na przykład ultradźwiękowych. Ostatnie są też wykorzystywane do rozpoznawania rozmiarów pojemników na śmieci. Na tej podstawie automatycznie dobierana jest konfiguracja podnośników – w przypadku pojemników o dużej pojemności zwykle potrzebne są dwa, sterowane w sposób skoordynowany. Sensory monitorują również poziom zapełnienia pokładowego zbiornika na śmieci, wykrywając przepełnienie, które przy następnym załadunku skutkowałoby wypadnięciem nadmiaru odpadków. Jeżeli śmieci jest za dużo, sygnał z czujnika, zazwyczaj ultradźwiękowego lub optycznego, uruchamia prasę hydrauliczną zamontowaną w pojeździe, która zgniata odpadki do bezpiecznego poziomu.

Rozściełacze asfaltu

Zadaniem tytułowych pojazdów jest pokrycie drogi nawierzchnią asfaltową, która powinna się charakteryzować odpowiednią jakością. W przeciwnym razie koszty jej utrzymania wrosną, a żywotność się skróci. Drogi pokryte nawierzchnią o słabej jakości nie są również bezpieczne. Monitorowanie jej nie jest jednak łatwe. Przeważnie w tym celu pobiera i się bada próbki nawierzchni w różnych miejscach. Ze względu na ich ograniczoną liczbę nie można ich jednak uznać za reprezentatywne dla całego asfaltowego pokrycia. Ostatnio w związku z tym rozściełacze uzupełnia się o rozwiązania konstrukcyjne, które mają poprawić jakość nawierzchni. Najważniejsze czynniki na nią wpływające to temperatura asfaltu oraz jego ilość i konsystencja. Ilość regulują bezkontaktowe czujniki monitorujące masę, która jest doprowadzana do zgarniaków w zależności od docelowej grubości nawierzchni. Rozściełacze wyposaża się także w ubijaki zagęszczające asfalt. Zapewniają one równomierną konsystencję, wypychając powietrze, co odciąża rolki. Stosuje się też płyty dociskowe dodatkowo obciążające płytę gładzącą, które wyrównują masę tuż przy krawędzi spływu. W pojazdach tego typu montuje się poza tym czujniki mierzące temperaturę (na podczerwień) i grubość (sensory laserowe albo ultradźwiękowe) nawierzchni i wyposaża się je w systemy AGSC (Automated Grade and Slope Control). Ułatwiają one układanie nawierzchni na pochyłościach i zboczach, mierząc nachylenie asfaltowanej powierzchni i dostosowując do niej ustawienia walca. Dzięki temu uzyskiwane jest gładkie pokrycie przy mniejszym zużyciu asfaltu.

Automatyka w betoniarkach samozaładowczych

Betoniarki samozaładowcze to wielofunkcyjne maszyny, które załadowują kruszywo, ważą partię surowca, mieszają beton i transportują go, obsługiwane przez jednego operatora. Dzięki temu znacznie przyspieszają produkcję tego materiału i redukują nakłady pracy. Ich obsługa nie jest trudna. Ponieważ produkują beton w partiach oraz na miejscu, oszczędza się na odpadach. Ich zaletą jest też mobilność. Główne komponenty tych maszyn to: system ładowania surowców, ich ważenia, mieszania i rozładowania. Pierwszy obejmuje łopatę z napędem hydraulicznym, którą operator nabiera cement oraz kruszywo. Niektórzy producenci oferują łopaty z ostrzem, które umożliwia cięcie worków z cementem w czasie załadunku. System ważenia kontroluje wagę wsadu, a sterownik monitoruje zachowanie odpowiednich proporcji jego składników. Surowce do produkcji betonu zostają połączone z wodą w bębnie. Odgrywa on kluczową rolę, ponieważ od jego działania zależy jednorodność i jakość mieszanki. Na to wpływa m.in. kształt mieszadeł. By wydłużyć żywotność tego najbardziej narażonego na zużycie komponentu betoniarki, wykonuje się je zwykle ze specjalnej stali odpornej na ścieranie i zabezpiecza ich krawędzie. System sterowania bębnem dobiera też prędkość jego obrotów i ich liczbę pod kątem jakości finalnej betonu, a jednocześnie optymalizuje ją, by oszczędzić paliwo. Do zliczania obrotów bębna w betoniarkach wykorzystuje się przeważnie czujniki indukcyjne. Jest on też automatycznie czyszczony. System rozładunku z kolei umożliwia operatorowi zmianę kąta i wysokości opróżniania mieszalnika z betonem.

Systemy detekcji kolizji zapewnią autonomię

Wraz z rozwojem technologii automatyka w pojazdach specjalnych i w maszynach budowlanych ewoluuje z systemów zdalnego sterowania w kierunku pełnej autonomii. Niesie to ze sobą liczne wyzwania, które przedstawiamy na przykładzie koparek oraz śmieciarek, z uwzględnieniem ich specyfiki. Przykładowo w pierwszych ważne jest rozłożenie ładunku wyładowywanego przez łopatę na skrzynię ciężarówki – nierównomierne może mieć groźne konsekwencje, powodując wywrotkę, wysypanie ładunku i niejednakowe zużycie opon. O upowszechnieniu się koparek autonomicznych zdecyduje jednak przede wszystkim skuteczność ich pokładowego systemu detekcji kolizji, na każdym z etapów pracy (wykopanie ziemi, jej nabranie łyżką, rozładunek) łatwo bowiem o zderzenie. Dlatego system sterowania powinien zapobiec kolizji: czerpaka z gąsienicami i kabiną koparki, czerpaka z elementami otoczenia, na przykład sprzętem, który pracuje w pobliżu i czerpaka ze skrzynią ciężarówki, którą załadowuje. By było to możliwe, musi być w stanie dokładnie ustalić względne położenie koparki i jej czerpaka. W tym celu wykorzystuje się wbudowywane m.in. w łopatę czujniki laserowe i radarowe, które skanują otoczenie. Uczenie się topografii terenu oraz planowanie najbardziej optymalnych tras będzie możliwe na podstawie danych z czujników i tych z systemu GPS, z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji. Bezobsługowość natomiast zapewnią czujniki Internetu Rzeczy wykrywające problemy eksploatacyjne na podstawie m.in. ciśnienia w oponach, temperatury i ciśnienia płynów chłodzących, stanu łożysk. Zapewnienie autonomii śmieciarek z kilku powodów jest łatwiejsze. Przede wszystkim z góry znana jest trasa tego typu pojazdów, podobnie jak miejsca, w których powinny się zatrzymywać, czyli lokalizacje pojemników na śmieci. Poza tym podczas odbierania odpadów z sąsiadujących śmietników na przykład na jednej ulicy pojazd zwykle nie rozwija dużych prędkości pomiędzy kolejnymi przystankami. Czujniki, które można zamontować w śmieciarce – na przykład lidarowe – zapewnią jej zatem wystarczające rozeznanie w jej otoczeniu. Dzięki sensorom bezpieczniejsze, niż w przypadku gdy pojazdem kieruje człowiek, może się nawet okazać poruszanie się tak dużym pojazdem po ciasnych ulicach, zwłaszcza jazda tyłem.

Monika Jaworowska