春天是收獲蘆筍的季節(jié)。幾乎沒有其他時蔬能像蘆筍一樣贏得如此眾多的餐館就餐者以及超市購買者的青睞。甚至在公元前150年，老加圖也致力于種植這種“gourmet delight（令人愉悅的美食）”。而路易十四每年的圣誕菜單上則必有蘆筍。幾百年后的今天，烹飪愛好者仍然堅定不移地擁護這種珍貴的莖類食物。僅在德國，2019年的蘆筍收獲量就達122,000噸。作為歐洲最大的蘆筍生產國，德國的蘆筍種植面積超過22,000公頃。

然而，在達到餐桌前，這種蔬菜通常需要費力地從農地采收。德國的蘆筍收獲季節(jié)在3月和6月底之間，農場主雇傭東歐和南歐的工人來收獲蘆筍。然而，近年來蘆筍收獲出現(xiàn)了一個重大問題，那就是越來越難找到季節(jié)性工人。荷蘭工程咨詢公司AvL Motion決心從事白蘆筍收獲機的開發(fā)。歷經(jīng)3年的探索，如今這家來自Noord-Brabant的初創(chuàng)企業(yè)宣布研發(fā)出全球首款全自主式選擇性收獲機器人。他們使用經(jīng)微調的傳感器和控制技術生產出高科技樣機。在即將到來的收獲季節(jié)，客戶就可以使用這種機器。

目標：選擇性收獲機

公司創(chuàng)始人Arno van Lankveld在一家蘆筍農場長大，因此對他所喜愛的這種蔬菜的收獲所面臨的挑戰(zhàn)認識深刻：“蘆筍植株會生長出許多朝不同方向的莖，因此收獲起來尤其困難。”通常只采收這些已經(jīng)破土的嫩莖，而其他莖則保留在種植床中，在黑白隔熱鋁箔下面繼續(xù)發(fā)育。

到目前為止，檢測哪些蘆筍適合上市銷售仍只能通過肉眼來判定。收獲機面臨各種各樣的問題，例如在相同高度上會收割所有蘆筍莖，或運行速度慢等。現(xiàn)在，AvL Motion完美地解決了這些問題，推出了選擇性蘆筍收獲機器人。這款收獲機以高達3.6千米/小時的恒定速度運行，能夠自主檢測蘆筍尖、切割蘆筍莖、將其從土壤拔出并轉移到傳送帶。僅一個工人即可完成操作；該工人負責將裝載區(qū)域的作物分揀到貨箱中、遠程控制機器在每行末端的轉向，以及在機器的卷繞裝置上覆蓋隔熱鋁箔。“該機器人有望減少83%的勞動力需求。”據(jù)van Lankveld估計。

使用帶IO-Link接口的超聲波傳感器進行高度控制

除了依靠7位同事的創(chuàng)新精神，這種復雜的自動化運行尤其需要正確的技術。例如，僅使用1個超聲波傳感器會在實際應用中帶來問題，因此電氣工程師兼軟件開發(fā)員Jordi Hutjens從圖爾克的RU40U超聲波傳感器身上找到替代解決方案。AvL Motion使用2個帶IO-Link接口的RU40U傳感器來測量蘆筍床與機器的氣動控制型內部框架間的距離。盡管下層土壤較臟或被雨水侵蝕，傳感器仍能穩(wěn)定測量高度（高度可以在HMI上設置）。“圖爾克出色的產品質量和快速發(fā)貨能力讓我們印象深刻。我們將繼續(xù)與其就其他組件進行合作。”AvL總裁Arno van Lankveld表示。

光電技術取代依賴經(jīng)驗的肉眼識別

AvL Compact S1560的收獲過程是動態(tài)變化的。一旦機器完成定位并開始運行，就會掃描土壤的表面。蘆筍尖的精確位置通過使用激光傳感器和額外的光電過程，由主控制器檢測。其中的具體細節(jié)仍是這家初創(chuàng)企業(yè)的秘密；唯一的基本需求是土壤中沒有雜草。在收獲過程中，數(shù)量不一的收獲模塊圍繞機器人內部的圓形軌道移動。這包括12個約25厘米高的料盒。它們按照機器人的速度進行調節(jié)，并控制插入、收割和夾取的整個過程。

在目標與收獲模塊之間進行微調

控制器不僅需要所選蘆筍的坐標來微調收獲過程，還需關于模塊位置和移動的連續(xù)信息流。首先它會查詢當前緩存區(qū)中有多少個料盒，例如有多少個處于停留位置等，然后當前檢測到蘆筍的盒子會被回路檢測到。對此，AvL使用小型的BI3-M08K電感式傳感器進行檢測。而對收獲模塊的精確識別則通過RFID技術實現(xiàn)，即圖爾克TN-Q14 HF讀寫頭，該讀寫頭可以讀取每個料盒上的獨特編碼。

此外，位置檢測通過旋轉編碼器實現(xiàn)。“該編碼器在緩存區(qū)中旋轉。可以指示料盒位于20 mm還是30 mm高度。”AvL研發(fā)員Hutjens解釋道。一旦收獲機啟動回路，料盒就會通過NI10U-M12 uprox接近開關，這將觸發(fā)PLC啟動針對收獲過程的計時器的運行。為了在機器運動時同步料盒的運動，需要進行這種多層次的準備工作。

由于蘆筍尖不會整齊生長，收獲模塊除了沿圓形軌道移動外，還可左右移動。由于壓縮空氣驅動會導致零點幾秒的延遲，而為了確保料盒的正確對齊，PLC會獲取到模塊初始位置和目標位置間的距離信息（使用圖爾克的LE550激光傳感器測量實現(xiàn)）。

利用操縱桿轉向

操作人員使用外部控制模塊來控制收獲機的速度和靜液轉向。2個圖爾克編碼器負責測量輪子轉數(shù)；AvL使用電感式直線位移傳感器來測量輪子位置。為此，LI500-Q25傳感器的定位元件與轉向油缸的活塞相連。這樣，主控制器便可使用唯一的數(shù)值計算2個輪子的角度，然后操作人員可以輕松使用操縱桿轉向。與競爭對手的產品不同，農場主無需將AvL Compact S1560固定至拖拉機。

使用緊湊的I/O模塊實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換

AvL的工程師決定在LE550激光傳感器和RU40U超聲波傳感器上使用IO-Link通信技術。該接口可提供額外信息用于數(shù)據(jù)交換，并且還可簡化傳感器的參數(shù)化設置。圖爾克的緊湊型TBEN-S2-4IOL I/O模塊可將控制柜中的IO-Link信號快速傳輸至PLC。與控制器間的通信通過Profinet完成。

在收獲季節(jié)之初交付

AvL Motion證明了初創(chuàng)企業(yè)并不是只能從事軟件領域或相關的數(shù)字化熱點業(yè)務。同時，該公司還分享了許多創(chuàng)業(yè)公司的感受和體驗，包括從最初的解決客戶需求，直到及時推出功能性終端產品來滿足客戶期望的壓力。對于AvL而言，“及時”意味著要趕上即將到來的蘆筍收獲季節(jié)。經(jīng)過連續(xù)數(shù)月的細致工作，該工程咨詢企業(yè)為Venlo的Neessen B.V.供應了首個收獲機。根據(jù)創(chuàng)始人Arno van Lankveld所述，該機器人在未來將無需操作員控制。“但目前，我們還是優(yōu)先專注于解決蘆筍農場主的緊迫需求。”