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屏科大開發農用無人載具結合光學監測,農業也要4.0

屏科大開發農用無人載具結合光學監測,農業也要4.0

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教育

2019-05-15

國立屏東科技大學與台灣海博特產學合作,共同開發結合影像辨識技術判別植物生長情形的無人載具,運用在溫室栽種的精緻農業上,開創市場新利基。

植物每天行光合作用,怎麼知道它們吸收了多少光?生長狀況如何?國立屏東科技大學與台灣海博特共同開發一款應用於溫室栽培的移動載具,可利用光譜分析知道植物的生長情形,在作物產生病變時及早防治,並縮短品種開發的時程、提高產量,作為日後選種、育種的參考。

 

結合台灣光電優勢,農業轉型精緻化

 

屏科大生物機電系教授苗志銘指出,過去台灣作物育種和病蟲害防治,來自長年經驗的累積,必須要種植幾季之後,才能知道什麼品種產量比較高,作為育種的參考。然而,面對國際市場競爭,農業需要引進科學化經營方式,除了要更有效率地選種,提升作物品質則要靠種植環境的調整,包括土壤、給水、施肥等都要做好管理。可是目前設備都仰賴國外進口,對農民來說是一大負擔,「台灣在光電產業具有優勢,應該自行開發整合光電和自動化的機械設備,台灣海博特與屏科大所開發之移動載具,可一機多用,效益更高。」

 

另一方面,台灣農地零碎,不利於大規模生產,農民平均年齡62歲,為鼓勵年輕人務農,政府以政策支持溫室栽培,希望解決人力短缺的問題。「只要兩、三分地就能養活一家人,而且耕種不受季節限制,」苗志銘指出,溫室栽培有許多優點,季節性作物如番茄、香瓜,不但能終年生產,也可在換季時改種其他作物,沒有休耕期的問題;少了氣候、環境的挑戰,溫室蔬果也比露天栽培的好吃。在溫室採用無人化管理設備,未來還能進一步利用大數據分析,結合人工智慧分析提升種植技術,種植高單價或園藝作物,朝少量多樣的精緻農業發展。

 

 
車體結構和控制有大學問

 

紅外線感測判斷路線,溫室行動自如

 

走進屏科大的實驗農場,龍門式無人載具橫跨在溫室平台兩側,上面裝載了由台灣海博特所開發的攝影鏡頭,透過電腦裡的影片辨識軟體,可以看到葉片上深淺不一的黑點分布,反映植株對不同光譜的吸收狀況,監測生長情況。

 

龍門式載具的結構看起來雖然簡單,在開發過程中卻碰到不少困難。屏科大車輛系教授陳勇全解釋,車輛設計分成結構和控制兩部分,不像工廠裡運送貨品的低底盤無人載具,龍門式架構因為高度高較難控制移動時的穩定度,在設計時除必須顧及結構強度外,還須將行進時之震動程度降到最低,否則拍攝到的影像會變得模糊。在車輛行進軌道控制上,要求更加嚴格,既要將移動時左右偏移幅度控制在正負1公分左右,還要能水平、垂直移動,而定位偏差只能在1公分以內。

 

由車輛系陳勇全與陳立文教授所主持的計畫團隊,過去已經有成功開發電動車的經驗,在載具設計時,運用鋁擠型材料來做為本身的結構,並選用萬向輪,使載具行進時可直接九十度改變方向,在溫室狹小的走道間來去自如。行進控制方面,則運用紅外線感測器判斷路線,將訊號送給微控制器,和馬達控制器整合,並利用PID控制器分別控制無人載具的運動方向。目前開發出的原型機,最快在三個月內可以做到商品化,接下來將開發第二代無人載具,希望可以適應露天栽培條件更嚴苛的氣候與環境。   

 

跨域整合利基,與產業合作更密切

 

荷蘭以溫室技術成為全球農產品輸出第二大國,以色列透過水源控制克服環境限制,達到糧食自給自足。台灣海博特副總經理張簡慶華表示,土地資源有限,想要提升農業的效益,必須促進農業技術的改革,「製造業高喊工業4.0,農業也要4.0。」這次與屏科大合作開發無人載具所應用的科技,以前根本不會也不可能運用在農業上,隨著現在技術成熟,價格也比較平民化,除了在台灣推廣,還可拓展南向商機,深耕海外市場。

 

陳立文表示,產業整合的趨勢,將使無人載具應用更加廣泛。比方,農業上還可用來噴灑水霧保持土壤濕潤,或替代人力噴灑藥劑,避免農民健康受損;畜牧業可用來清理牲畜糞便和牧草,以及各種需要自動化設備的應用,與學校其他科系或企業合作也將更密切。

 

產學合作建立學校和企業的橋樑,一起提升產業競爭力,更有助於人才培育。車輛系碩士班二年級學生葉仁憲、林上弘,因為參與這次計畫,了解其他產業對載具的需求,累積更多的實務經驗。產學攜手,未來的台灣更具競爭力。

 

 

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