"Er is een groeiende behoefte om geautomatiseerde robotoplossingen voor de landbouw te ontwikkelen vanwege de toenemende vraag naar voedsel, veranderende klimaatomstandigheden en afnemende beschikbaarheid van handenarbeid, ", zegt Cambridge Ph.D.-student Luca Scimeca. "Ons sla- en stengeldetectie-algoritme demonstreert een robot die robuust is tegen rommel, wisselende lichtomstandigheden, en cameraafstand, evenals voor variaties in productgrootte, vorm en oriëntatie."

De nieuwe machine vision pijpleiding en zuigverwijdering/vacuümsysteem, ontwikkeld in het Machine Intelligence Laboratory van de afdeling, is in staat om het schilproces – met volledige bladverwijdering – 50 procent van de tijd uit te voeren, waarbij het proces gemiddeld 27 seconden duurt.

Sorteren van gewassen, zoals sla, en het verwijderen van de buitenste bladeren na het oogsten is een taak die momenteel wordt uitgevoerd door landarbeiders. Voor landarbeiders is dit een zeer gemakkelijke taak, maar voor robots, het is een uitdagende visie en manipulatietaak die tot nu toe moeilijk te begrijpen was voor robottechnologieën.

Maar nu is het geautomatiseerd verwijderen van slabladeren een stap dichter bij de realiteit gekomen, na het onderzoeksteam, geleid door Dr. Fumiya Iida, Docent Mechatronica, de uitdagingen van het omgaan met deze zachte, breekbare producten. Hun creatie van een 3D-geprint rond mondstuk, gemonteerd op het uiteinde van een robotarm en getest met een afzuigsysteem, fungeert als het enige vacuümzuigpunt. Het is ontworpen om een ​​blad te pakken en het met een scheurbeweging van het hoofdgedeelte van de sla te verwijderen, zonder de producten te beschadigen.

Cruciaal voor de nauwkeurigheid van het scheuren van bladeren is het gebruik van computervisie om de positie van de sla te lokaliseren en te bepalen. Dit doet het door eerst de slasteel te detecteren met behulp van een 2D-webcamera die direct boven en binnen het veronderstelde gezichtsveld is geplaatst. In gevallen waar de stengel niet kan worden gevonden, er wordt een actie ondernomen om de sla om te draaien door een horizontale kracht uit te oefenen en de sla te rollen met een zachte pad die aan de robotarm is bevestigd. Een betere positionering van de sla kan dan worden bereikt met het buitenblad erop en met minimale kans op beschadiging.

Het sla- en stengeldetectie-algoritme is getest op 180 foto's van individuele sla die met de webcamera zijn genomen op een hoogte tussen 70 cm en 100 cm. In totaal zijn er 10 verschillende ijsbergsla gebruikt in verschillende posities, en met variërende lichtrichting en intensiteit, met sommige naast achtergrondobjecten die zijn gerangschikt om rommel weer te geven. In aanvulling, 30 frames werden genomen nadat de producten drie dagen waren opgeslagen, waardoor de stengelkleur verandert. Het sladetectie-algoritme was in staat om het midden van de sla nauwkeurig te lokaliseren met 100 procent nauwkeurigheid en het stengeldetectie-algoritme behaalde een detectienauwkeurigheid van 81,01 procent. Als gevolg van deze bevindingen, het onderzoeksteam kon het optimale verwijderingspunt voor slabladeren identificeren.

Luca Scimeca, van het Biologically Inspired Robotics Laboratory (BIRL), gewerkt aan het visiesysteem. Hij zei dat de robot op veel andere gewassen kan worden toegepast, zoals bloemkool, die veel minder kwetsbaar is en die minder uitdagingen met zich meebrengt als het gaat om computervisie die de oriëntatie ervan analyseert.

"Het pellen van slabladeren is vanuit technisch oogpunt een interessant roboticaprobleem, omdat de bladeren zacht zijn, ze scheuren gemakkelijk en de vorm van de sla is nooit een gegeven, " zei hij. "De computervisie die we hebben ontwikkeld, die het hart vormt van onze slaschilrobot, kan worden toegepast op vele andere gewassen, zoals bloemkool, waar soortgelijke informatie nodig zou zijn voor de nabewerking van de producten.

"Echter, er is meer werk nodig om de drie fasen te integreren:zichtdetectie, rolsysteem en blad scheuren/verwijderen, tot één enkele end-to-end oplossing. We stellen een aanpak voor met behulp van een tweearmige Baxter-robot, waar de pose-inschatting en het peelingproces worden gecombineerd."