Hệ thống thu hoạch khóm tự động giúp nông dân vùng Tây Nam Bộ trong mùa vụ chính, đảm bảo chất lượng quả khóm và nâng cao năng suất thu hoạch là yêu cầu vô cùng cấp thiết. Nắm bắt được yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xây dựng hệ thống Robot thu hoạch khóm trên cơ sở ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, machine learning và deeplearning.

Robot tự động nhận diện và thu hoạch khóm

Hình 1. Hệ thống Robot làm nhiệm vụ thu hoạch quả khóm.

Hình 1 mô tả hệ thống Robot phục vụ công việc thu hoạch khóm. Kết cấu cơ khí của Robot là cấu hình Gantry Robot 3 bậc tự do theo các phương vuông góc của hệ trục tọa độ Đề các.  Khâu tác động cuối của Robot được gắn với một lồng kẹp để cố định quả khóm, dao cắt được bố trí dưới lồng kẹp một khoảng cách phù hợp để cắt cuống của quả khóm đủ tiêu chuẩn thu hoạch. Các thanh nối của Robot được truyền động bởi các động cơ bước trong chuyển động theo mặt phẳng nằm ngang, thanh nối mang tay cắt sẽ được truyền động bởi động cơ khí nén để mang lồng kẹp tiếp cận quả khóm theo phương trùng với phương trọng trường. Chuyển động cắt cuống của quả khóm cũng do động cơ khí nén truyền động hai lưỡi dao cắt.

Thuật toán điều khiển tay máy được trình bày theo lưu đồ dưới đây.

Bài toán rất quan trọng ở đây chính là việc phát hiện và nhận dạng trái khóm. Hơn 500 ảnh khóm và cánh đồng khóm được chụp và đưa vào quá trình học máy. Việc phân tích, nhận dạng và phát hiện đối tượng - quả khóm được thiện hiện nhờ công cụ trích lọc đặc trưng Haar-like. Thuật toán học Adaboost lựa chọn các đặc trưng mạnh từ một tập lớn và tạo ra các bộ phân loại hiệu quả cao. Phương pháp phân tầng (cascade) được xem như cơ cấu tập trung được áp dụng để loại bỏ các vùng không chứa các quả khóm. Kỹ thuật SMV được áp dụng để phân biệt trái khóm chín đủ điều kiện để thu hoạch và các trái khóm xanh để lại cho đợt thu hoạch tiếp theo. Các quả khóm được phát hiện trong thời gian thực với tỷ lệ nhận dạng đúng khoảng 85%.

Từ vị trí của quả khóm trong hệ trục tọa độ camera, một số phép biến đổi được thực hiện để xác định tọa độ quả khóm trong hệ trục toạ độ qui chiếu của Robot và chuyển tới bộ điều khiển Robot. Robot sẽ chuyển động để đưa hệ thống lồng kẹp và dao cắt  tới vị trí chính xác để cắt và sau đó di chuyển trái khóm được chuyển về vị trí tập kết. Một số kết quả thực nghiêm được trình bày để chứng minh khả năng và độ chính xác của toàn bộ hệ thống.

Kết luận

Nông nghiệp 4.0 là một con đường đầy hứa hẹn để tăng tính bền vững của nông nghiệp bằng cách tăng lợi nhuận, giảm lao động thủ công và giảm tác động môi trường. Một trong số đó là ứng dụng robot phục vụ nông nghiệp đem lại những kết quả tuyệt vời, góp phần giải quyết những khó khăn trong quá trình sản xuất cũng như thu hoạch, điển hình là trái khóm.

Để khắc phục những vấn đề tổn thất trong thu hoạch trái khóm hay nguồn nhân lực, đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị cơ giới hóa, tự động hóa một số khâu trong thu hoạch một số loại cây ăn quả tại vùng Tây Nam Bộ” mã số KHCN-TNB/14-19 đã được phê duyệt kinh phí trong quá trình tự động thu hoạch trái dứa vùng Tây Nam bộ. Nhóm nghiên cứu đã dựa trên nền tảng công nghệ đang được ứng dụng nhiều nhất hiện nay đó là trí tuệ nhân tạo (AI) tự động nhận diện hình ảnh và xử lý theo lập trình để tạo ra robot thu hoạch khóm, được chuyên gia trong và ngoài nước đánh giá cao. Có thể nói, robot này không chỉ là một giải pháp thông minh mở ra một hướng đi mới cho việc thu hoạch khóm tại Tây Nam Bộ mà còn thể hiện tiềm lực nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa học tại Bình Thuận.

Bùi Lê Cường Quốc

Trường CĐ Nghề Bình Thuận