Беспилотный трактор
Беспило́тный тра́ктор — это автономное сельскохозяйственное транспортное средство, предназначенное для обеспечения высокого тягового усилия (или крутящего момента) на малых скоростях для пахоты и других сельскохозяйственных работ. Он считается беспилотным, так как работает без присутствия человека внутри самой кабины трактора. Как и прочие беспилотные наземные аппараты, такие тракторы способны самостоятельно определять своё положение, регулировать скорость и избегать препятствий (людей, животных, объектов на поле) в процессе выполнения заданий. Существуют полностью автономные беспилотные тракторы и тракторы с контролируемой автономией. Идея создания беспилотного трактора появилась уже в 1940 году, однако концепция значительно эволюционировала в последние десятилетия. Современные тракторы используют GPS и другие беспроводные технологии для автономной работы на поле, контролируемой оператором с диспетчерского пункта либо с трактора-ведущего.
История
Идея беспилотного трактора возникла ещё в 1940 году, когда Фрэнк В. Эндрю сконструировал собственную модель. Для навигации такого трактора в центре поля устанавливали бочку или колесо, вокруг которой наматывался трос, соединённый со штангой рулевого управления трактора. В 1950-х годах компания Ford разработала беспилотный трактор под названием «The Sniffer», но его не стали производить из-за необходимости прокладки подземного проводника по всему полю. Серьёзных прорывов в технологиях беспилотных тракторов не происходило вплоть до 1994 года, когда инженеры из исследовательского института Силсо создали систему анализа изображений для навигации небольшого беспилотного трактора, предназначенного для овощных и корнеплодных культур. Эта модель могла выполнять небольшие развороты на краю поля.
Современные технологии беспилотных тракторов основываются на развитиях последних лет в области беспилотного транспорта и сельхозтехники. Трактор обычно определяется как мощное моторизированное транспортное средство с крупными, тяжёлыми гусеницами или колёсами, используемое для буксировки сельскохозяйственной техники и других транспортных средств. Чаще всего термин трактор подразумевает машину, обеспечивающую механизацию сельскохозяйственного труда за счёт тяги и мощности. Точное земледелие стало важным технологическим скачком в 1980-х годах — появились тракторы, управляемые с помощью GPS и бортовых компьютеров. Целью точного земледелия является максимизация урожайности при минимальных затратах ресурсов, а электронные системы позволили существенно оптимизировать использование техники.
Около 2011 года инженеры разрабатывали полуавтоматические тракторы, в которых водитель управлял только на разворотах в конце грядок. Затем вновь возникла концепция полностью беспилотных тракторов (2011—2012).
Первые беспилотные тракторы работали в режиме «следуй за ведущим»: человек управлял основным трактором, а беспилотный следовал за ним, позволяя одному оператору выполнять работу вдвое быстрее. С 2008 года разработки сместились к полной автономии — тракторам, самостоятельным в навигации и выполнении заданий.
Технологии
Беспилотный трактор отражает стремление повысить уровень автоматизации в сельском хозяйстве. Подобные автономные системы уже используются — например, автоматизированное доение и автоматы для сбора клубники. Разработка беспилотного трактора требует решения сложных задач: он должен выполнять детерминированные задания (например, точно следовать заранее заданному маршруту по полю), реагировать на внезапные обстоятельства (препятствия на пути) и принимать рефлекторные решения (такие, как быстрое изменение угла поворота руля, если требуется). В идеале трактор должен имитировать человеческое поведение — определяя своё положение в пространстве и принимая решения по выбору скорости.
Принцип работы технологии
Технологии беспилотных тракторов развиваются с 1940-х годов. На сегодняшний день существует несколько подходов к проектированию и программированию таких машин.
Полная автономия
В настоящее время большинство полностью автономных тракторов ориентируются по лазерным лучам, отражённым от расположенных на поле мобильных транспондеров. Для устранения проблем с видимостью лазеров применяются радиостанции на частоте 150 МГц. Вместо водителей трактора обслуживают контролёры — люди, наблюдающие за их работой дистанционно, обычно с возможностью управлять несколькими машинами на различных полях из единого центра.
Другая технология полной автономии основывается на взаимодействии через электрическую (или CAN-шину) систему сельхозмашины для передачи управляющих сигналов. С помощью GPS и радиоканала программное обеспечение определяет траекторию и регулирует работу навесного оборудования. Обычно для управления используются дооснащаемые радиоприёмник и бортовой компьютер, принимающие команды из диспетчерского пункта, преобразуемые затем в сигналы рулевого управления, акселерации, торможения, передачи передач и контроля рабочих органов. Различные сенсоры, включая лидар, помогают выявлять и объезжать непредвиденные препятствия.
На выставке Consumer Electronics Show 2022 компания John Deere представила первый беспилотный трактор, способный работать без присутствия оператора в кабине. Оборудование предназначено для модели 8R 410 и включает 12 стереокамер, а также GPU производства Nvidia, все управление доступно со смартфона[1].
Контролируемая автономия
Тракторы с контролируемой автономией (автоматизированная техника под надзором оператора) используют технологию связи между машинами (V2V) — происходит беспроводной обмен данными между двумя тракторами. Ведущий трактор с водителем задаёт скорость и направление, а беспилотный повторяет эти параметры.
Безопасность
Вопрос безопасности беспилотных тракторов и их общественного признания остаётся предметом дискуссий. Для многих пользователей идея трактора, движущегося без водителя, вызывает опасения. Создание беспилотных систем, устойчивых ко всем возможным чрезвычайным ситуациям, требует сложного программного обеспечения и времени на тестирование. Для предотвращения столкновений трактора оснащаются датчиками, которые автоматически останавливают машину при обнаружении на пути людей, животных, транспортных средств или крупных объектов.
Производители
Существует несколько ведущих производителей, активно разрабатывающих и тестирующих беспилотные тракторы, а также готовящих прототипы и массовое производство. К крупнейшим относятся John Deere, Autonomous Tractor Corporation, Fendt и Case IH.
John Deere
Компания John Deere занимает ведущие позиции в области автоматизации сельскохозяйственной техники. В начале 2008 года компания внедрила систему навигации ITEC Pro на основе GPS, которая автоматизировала целый ряд функций тракторов, в том числе развороты на краю поля. В настоящее время John Deere ведёт разработку прототипа беспилотного трактора, ориентирующегося не по лазерам, а с помощью двух купольных антенн диаметром 6 дюймов, принимающих сигналы от навигационных спутников. В зависимости от этих сигналов машина движется по заранее заданному электронному маршруту, отображаемому на карте. Такие антенны позволяют человеку брать управление на себя в условиях плохого сигнала через здания и густую растительность.
Autonomous Tractor Corporation
В январе 2012 года Терри Андерсон основал компанию Autonomous Tractor Corporation (ATC) в Северной Дакоте. Одним из продуктов ATC стал беспилотный трактор SPIRIT. По мнению Андерсона, тракторы становились всё больше и дороже, не улучшаясь при этом по качеству. Новые машины изначально разрабатывались для работы в паре с тракторами-ведущими, но затем тенденция сместилась к полной автономии. Первые испытания проходили на уменьшенных моделях — опытный образец был представлен на выставке Big Iron Farm Show в сентябре 2012 года. По словам Андерсона, в 2013 году планировалось собрать 25 единиц автоматизированных тракторов и предложить их фермерам для тестирования по доступной цене.
Fendt
Fendt, подразделение корпорации AGCO, также занимается разработкой беспилотных тракторов. В 2011 году на выставке Agritechnica в Ганновере компания представила прототип GuideConnect — трактор, программно повторяющий движения другого трактора. Оператор ведёт свой трактор по полю, а беспилотный следует за ним. Ведущий трактор с водителем может самостоятельно объезжать препятствия, а следующий беспилотный движется по тому же маршруту. В отличие от полностью автономных тракторов, GuideConnect рассчитан на работу в паре с техникой под управлением человека. Для синхронизации используется спутниковая навигация и радиосвязь между тракторами.
Case IH
Case IH — компания, образованная слиянием J.I. Case Company и International Harvester, в настоящее время входит в CNH Global, сохраняя собственный бренд тракторов. Модели беспилотных тракторов Case IH реализуют принцип «контролируемой автономии»: за трактором с водителем идёт беспилотная машина, повторяющая скорость и траекторию первой. Автономные функции присутствуют только во втором тракторе, при этом обе машины используют V2V-связь. В 2016 году Case IH представила свой новый концепт — беспилотный трактор Magnum без кабины, полностью предназначенный для автономной работы на полях[2].
Комплекты дооснащения тракторов
Существуют автономные системы рулевого управления, которые можно установить на штатные тракторы, превращая их в беспилотные[3].
Bear Flag Robotics
Компания Bear Flag Robotics разрабатывает автономные технологии для сельскохозяйственных тракторов. Основная бизнес-модель — закупка тракторов у OEM-производителей (John Deere, Case New Holland, AGCO), оснащение их сенсорами, исполнительными механизмами и вычислительными устройствами, а затем предоставление готовых решений аграриям[4][5].
Примечания
Литература
- Leffingwell, Randy. Ford Farm Tractors of the 1950s. Osceola, WI: MBI Pub., 2001. — С. 84-85. ISBN 978-0760309440
- Williams, Michael. Farm Tractors. London: Amber Books, 2002. — С. 170. ISBN 978-1904039026