Peltorobotit ja robottitraktorit

Robotti on laite, joka kykenee toimimaan itsenäisesti vaihtelevissa työtehtävissä tai työoloissa ilman ihmisen välitöntä ohjausta. Suurin osa roboteista on tehdasrobotteja, jotka suorittavat ennalta ohjelmoituja tehtäviä tehdasolosuhteissa. Ulko-olosuhteissa työskentelevistä roboteista käytetään nimitystä kenttärobotti ja sisätiloissa palvelutehtävissä työskentelevistä palvelurobotti. Yleisin palvelurobotti on navetoissa käytettävät lypsyrobotit.

Peltorobotit ovat kenttärobotiikan yksi osa-alue. Nimensä mukaisesti peltorobotit työskentelevät pellolla eri tehtävissä. Tällä hetkellä kehitetään joko traktorin kokoisia samoihin työtehtäviin tarkoitettuja robotteja (robottitraktori) tai pieniä tiettyä työtehtävää varten kehitettyjä robotteja. Ensin mainittu voi ulkoisesti olla täysin traktorin näköinen sisältäen myös hytin, eli sitä voidaan myös käyttää kuten normaalia traktoria. Monesti robottitraktorista on kuitenkin poistettu hytti ja runko saattaa olla toisenlainen edullisempien rakennuskustannusten vuoksi. Pieniä yhtä työtehtävää varten kehitettyjä peltorobotteja ovat esimerkiksi kitkijärobotit tai mansikanpoimintarobotit.

Tekniikka

Maanviljely oli ensimmäisiä GPS-paikannuksen kaupallisia hyödyntäjiä ajo-opastimien (ks. GPS-ohjausjärjestelmät) käyttöönoton myötä. Vuosien saatossa GPS-ohjausjärjestelmät ovat kehittyneet, eikä traktorin ajajan tarvitse välttämättä ohjata traktoria muutoin kuin työn aloituksessa ja päistekäännöksissä. Viime vuosina automaattiohjauslaitteisiin on tullut mukaan myös automaattinen päistekäännös, jolloin kuljettajan tarvitsee ainoastaan aloittaa työ ja valvoa työn etenemistä. Sama kehitys on tapahtunut myös traktoriin liitetyissä työkoneissa. Työkoneiden mekaaniset säädöt ovat muuttuneet sähköisiksi ja edelleen GPS:n avulla tapahtuviksi automaattisiksi paikkakohtaisiksi säädöiksi.

Standardisointi on ollut suuressa roolissa maatalouden teknologian kehittymisessä. Nykyisin traktorin ja työkoneen sekä niihin liitetyiden laitteiden välinen kommunikointi tapahtuu ISO 11783 standardin määrittelemän ISOBUS-väylän kautta (ks. ISOBUS-järjestelmä maataloudessa). ISOBUS-standardi määrittelee mm. tehtävänohjaimen (TC), joka ohjaa työkoneen säätöjä paikkakohtaisesti (TC-GEO) ennalta määrätyn tehtävän (Task) mukaisesti. Samaan tehtävätiedostoon voidaan lisätä myös traktorin ennalta määritellyt ajolinjat, jotka siirtyvät tehtävänohjaimelta automaattiohjaukseen. Eli yhdellä tehtävätiedostolla voidaan määritellä robotin koko työtehtävä, oli robotti kenen valmistama tahansa. Näin siis tulevaisuudessa; vielä ei ISOBUS yhteensopivia robotteja ole saatavilla.

Uusimmalla teknologialla varusteltu traktori-työkone -yhdistelmä on jo hyvin lähellä robottia automaattisine toimintoineen. Ihmisen on kuitenkin vielä istuttava traktorissa varmistamassa laitteiden oikea toiminta sekä valvomassa työn suorittamisen turvallisuutta. Itsenäisessä robotissa on edellä mainittujen teknologioiden lisäksi oltava ympäristöä havainnoivia antureita. Näitä ovat esimerkiksi LiDARit eli optiset tutkat, tavalliset radioaaltotutkat ja kamerat.

Pelto-olosuhteissa hyödynnetään ja sovelletaan samoja menetelmiä, kuin maantieliikenteeseen tarkoitetuissa itse ajavissa autoissa. Usein ympäristöä havainnoivia antureita on monia erilaisia, joiden tuottama tieto käsitellään tekoälyn (ks. Tekoäly viljelyssä ja maataloudessa) avulla ympäristön kokonaiskuvan saamiseksi.

Tekoälyä voidaan hyödyntää myös muiden poikkeustilanteiden havainnointiin sekä niistä selviytymiseen. Esimerkiksi itsenäisen peltorobotin olisi hyvä havaita kylvökoneen vantaan tai noukinvaunun silppurin tukkeutuminen. Poikkeustilanteen havaitsemisen jälkeen robotin on pystyttävä ilmoittamaan poikkeuksesta työn valvojalle. Tätä varten itsenäisissä roboteissa on oltava myös 4G/5G yhteydet.

Autonomisuuden tasot

Ajoneuvojen autonomisuutta mitataan SAE-standardin tasoilla 0–5 (Autotuojat ja autoteollisuus).

Autonomian tasolla 0 (ei automaatiota) kuljettaja vastaa kaikista ohjaustoiminnoista ja tasolla 5 (täysi automaatio) järjestelmä vastaa kaikista ohjaustoiminnoista kaikissa olosuhteissa.

Tavalliset uudet autot ja traktorit ovat autonomian tasolla 1 (kuljettajan tuki) ja kehittyneimmät, kuten Teslat ja jotkut traktorit, ovat tasolla 2 (osittainen automaatio). Myös nykyinen lainsäädäntö on samalla tasolla. Tasolla 2 olevat ajoneuvot pystyvät itse sekä ohjaamaan että säätämään ajonopeutta.

Uskaliaimmat kuitenkin käyttävät tason 2 autoja – ja sopivissa olosuhteissa ne myös toimivat – kuin ne olisivat jo tasolla 3 (ehdollinen automaatio) tai jopa 4 (korkea automaatio). Oleellinen ero tasojen 2 ja 3 välillä on se, että tasolle 2 asti ihminen on vastuussa ympäristön havainnoinnista. Tasolla 3 vaaditaan kuitenkin vielä ihmistä ottamaan ajoneuvo hallintaansa joissakin olosuhteissa. Tason 4 ja 5 ajoneuvoissa ei tarvitse ihmiskuljettajaa enää teknologian näkökulmasta olla. Lainsäädäntö päivittyy tyypillisesti automatisaation kehityksen perässä.

Tuotteita

• Agrointelli
• ecoRobotix 
• Naïo Technologies
• Agrobot
• Blue River Technology

Lisätietoa, tutkimusta, hankkeita

• Tutkimushanke: Robotisoidun kasvintuotannon vaatimukset ja teknologian nykyinen tila
• Autotuojat ja -teollisuus. 2020. Teknologiset muutokset. Autonomian asteet 0–5 SAE-standardissa J3016.

Kirjoittaja: Juha Backman, erikoistutkija, Luonnonvarakeskus