Bildiri PDF

28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
Sera Üretim Mekanizasyonunda Robotik Uygulamalar:
Literatür Çalışması
Murad ÇANAKCI1, Erdem YILDIZ2
1
Akdeniz Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, 07070 Antalya
[email protected]
2
Akdeniz Üniversitesi, Elmalı Meslek Yüksekokulu, Teknik Programlar, 07700 Antalya
[email protected]
Özet
Günümüz seralarının iklimlendirilmesine yönelik otomasyon uygulamaları oldukça gelişmiş
durumdadır. Bu işlemler için modern seralarla birlikte bazı geleneksel seralarda da otomasyon
sistemleri kullanılmaktadır. Ancak ülkemizde iklimlendirme mekanizasyonunda yaşanan bu
gelişmelerin yanında sera üretim mekanizasyonuna yönelik bilimsel araştırmalar ve uygulamalar
sınırlı düzeyde kalmıştır. Bununla birlikte son yıllarda bazı gelişmelerin yaşandığı gözlenmektedir.
Bu çalışmada, sera üretim mekanizasyonunda robotik uygulamalara yönelik yapılmış bazı bilimsel
çalışmalar derlenmiştir. İncelenen çalışmalar sınıflandırılmış, geliştirilen robotlar ve uygulanan
yöntemler ile ilgili bilgiler verilmiştir. Çalışmalar değerlendirildiğinde araştırmaların başlıca
hedeflerinin; robotların birden fazla işlemi yapabilecek şekilde üniversal olarak tasarlanması,
üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve farklı görüntü işleme yöntemleri ile en uygun sonuca
gidilmesi olduğu söylenebilir. Ayrıca bu konuda yapılan bilimsel çalışmaların birçoğunun gelişim
sürecinde olduğu belirtilmekte, ileriki planlanan çalışmalar konusunda bilgiler verilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Sera Yetiştiriciliği, Mekanizasyon, Robotik Uygulamalar
Robotic Applications in Greenhouse Production Mechanization:
a Literature Study
Abstract
In today’s greenhouses, automation applications for air conditioning of greenhouses are
highly developed. For these operations, automation systems can be used in the modern
greenhouses along with the traditional greenhouses. However, the scientific researches and
applications regarding greenhouse cultivation mechanization were remained very limited. But,
some developments taken place in recent years have been observed. In this study, some
scientific studies, which have been worked for robotic applications in mechanization of
production in greenhouse cultivation, were compiled. Scientific studies were classified and
information about the developed robots and the methods that have been used were given.
When the investigated studies evaluated, it can be said the followings, the main targets of the
researchers are; robots designed to be able to operation more than one, cost of the production
to be lower, and finding the most appropriate result with the different image processing
techniques. It is also reported that the scientific studies on this issue continue the development
process. So, the researchers give some information regarding their future studies.
Keywords: Greenhouse cultivation, Mechanization, Robotic Applications
269
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
bağlı olarak yetiştiricilik şekli ve ürün
çeşitliliğinde gelişmeler gözlenmektedir. Bu
kapsamdaki gelişen alanlardan birisi de
modern seracılık uygulamalarıdır. Özellikle
2000’li yıllardan sonra sahil şeridinde
(Akdeniz) ve jeotermal kaynakların yer aldığı
iç bölgelerde (İç Ege, Orta Anadolu) modern
sera
işletmesi
sayılarında
artışlar
görülmektedir. Modern seralar; yapı ve örtü
malzemeleri ile iklimlendirme sistemlerinde
teknolojik ürünlerin kullanıldığı, iç ortam
koşullarının otomasyon sistemleri ile kontrol
edildiği ve yetiştirme tekniklerinde modern
uygulamaların yer aldığı seralar olarak
tanımlanabilir (Çanakcı ve ark., 2011). Bu tip
seralarda yaygın olarak topraksız ortamlarda
sebze üretimi yapılmaktadır. Ülkemizde
topraksız tarımın yapıldığı modern sera
alanları, yaklaşık % 40’ı Antalya ili’nde olmak
üzere toplam 652.6 ha olarak belirtilmektedir
(Anonim, 2013) Ancak gerçek değerlerin
belirtilen miktarın üzerinde yaklaşık 1000 ha
düzeyinde olduğu tahmin edilmektedir. Bu
değer ise ülkemiz toplam sera alanlarının
yaklaşık % 3’ünü oluşturmaktadır.
GİRİŞ
Günümüz tarımsal üretiminde nüfus artışı
ve tüketici taleplerine bağlı olarak verim artışı
ile ürün kalitesi gibi konulara öncelik
verilmektedir. Ayrıca, sağlıklı ürünün yanında,
çevre korunumu ile birlikte çalışanların sağlığı
ve güvenliği konularının önemi giderek
artmaktadır. Yapılan faaliyetler tarımsal
üretimde
girdi
kullanımının
artmasına,
maliyetlerin
yükselmesine
de
neden
olabilmektedir. Bu nedenle sağlıklı ve daha
verimli üretim, maliyetler azaltılarak iş sağlığı
ve güvenliği konuları da önemsenecek şekilde
yapılmaya
çalışılmaktadır.
Geleneksel
üretimden farklı olarak yapılan modern tarım
uygulamalarında teknoloji kullanımı daha çok
bu
hedeflere
yönelik
olarak
gerçekleştirilmektedir. Bu amaçla, kontrol ve
otomasyon
sistemleri,
hassas
tarım
teknolojileri başta olmak üzere farklı alanlarda
bilimsel çalışmalar yapılmakta ve uygun
çalışma koşullarında uygulanma olanağı
bulabilmektedir.
Tarımsal
üretim
kolları
değerlendirildiğinde
teknolojinin
yoğun
kullanılabileceği alanlardan birisi de sera
yetiştiriciliğidir.
Seracılık,
diğer
üretim
faaliyetlerinden farklı olarak yüksek bir yapı
altında gerçekleştirilmektedir. Bu yetiştiricilik
çeşidinde birim alanda daha fazla girdi,
sermaye ve işgücü kullanılmaktadır. Kısaca
emek ve sermaye yoğun bir üretim şeklidir.
Bu özellik mekanizasyon uygulamalarının
önemini artırmaktadır.
Modern sera yapıları, teknoloji kullanımı
açısından geleneksel seralara göre daha
uygundurlar. Ülkemiz modern seralarında
iklimlendirmeye
yönelik
ısıtma
ve
havalandırma gibi sistemleri otomasyon
sistemleriyle
kontrol
edilmektedir.
İklimlendirmeden ayrı olarak bitki yetiştiriciliği
ile ilgili sulama ve gübreleme işlemleri de
kombine olarak (fertigasyon) yine otomasyon
sistemleriyle gerçekleştirilmektedir. Modern
seralarda da geleneksel seralarda olduğu
üretim işlemlerine yönelik (dikim, bakım,
ilaçlama,
hasat
vb.)
uygulamalarda
otomasyon ya da robotik uygulamalar yerine
insan işgücünün yoğun olarak kullanıldığı
görülmektedir. Ancak modern seralarda
çalışma konforu ve iş veriminin artırılması
amacıyla sera içerisinde çok amaçlı araç ve
taşıma arabalarının kullanımı yaygındır. Yine
modern seralarda, pestisit uygulamalarında
homojen bir dağılım için sıcak su boruları
(raylar) üzerinde hareket edebilen memelerin
yer aldığı özel bumlar ile ilaçlama işlemleri
gerçekleştirilmektedir
(Çanakcı
ve
Akıncı, 2007).
Seralarda mekanizasyon uygulamaları
iklimlendirme ve üretim mekanizasyonu olmak
üzere
ikiye
ayrılabilir.
İklimlendirme
mekanizasyonu, sera iç ortamının bitki
isteklerine
göre
uygun
bir
şekilde
düzenlenmesine yönelik (sıcaklık, aydınlık,
nem, havalandırma ve CO2 vb.) uygulamaları
kapsamaktadır. Üretim mekanizasyonu ise
diğer tarımsal üretim faaliyetlerinde olduğu
gibi bitki yetiştiriciliği ile ilgili (toprak hazırlığı,
ekim, dikim, gübreleme, ilaçlama, hasat,
taşıma
vb.)
işlemleri
kapsamaktadır
(Yağcıoğlu, 2009).
Ülkemizdeki sera alanlarında sürekli atış
gözlenmektedir. Günümüzde toplam sera
alanı yaklaşık 36000 ha’dır (TUİK, 2013). Son
yıllardaki sera üretiminde niceliksel artışın
yanında bölgesel özellikler ve pazar taleplerine
Tarımsal işletmelerde etkinliğin artırılması
için yeni yöntemler araştırılmakta ve
geliştirilmektedir. Bu yöntemlerden birisi de
270
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
sağlığı-güvenliği konularının da önemsenerek
gerçekleştirilmesinin
gerekli
olduğu
görülmektedir. Bu amaçla ülkemiz sera
koşullarına uygun ilaçlama ile ilgili bazı
çalışmaların yapılıyor olması olumlu bir
gelişmedir. Yapılan çalışmalarda modern
seralarda ısıtma borularının üzerinde hareket
edebilecek otonom robotların geliştirilmesi
planlanmaktadır (Apaydın, 2011; BLM, 2013).
robotik uygulamalarıdır. Robotik uygulamalar
yardımıyla doğru zamanda, doğru yerde,
tarımsal
işlemleri
doğru
bir
şekilde
gerçekleştiren enerji tüketimi az, boyutları
küçük
akıllı
sistemlerin
tasarlanması
mümkündür (Ünal, 2012).
Robotik kelimesi “birtakım işlevlerde
insanın
yerini
alabilecek
düzeneklerin
hazırlanmasıyla ilgili çalışma ve tekniklerin
bütünü”, robot ise “belirli bir işi yerine
getirmek için manyetizma ile kendisine çeşitli
işler yaptırılabilen otomatik araç” olarak
tanımlanmaktadır (TDK, 2013). Bu kelime ilk
kez Karel Capek’in 1920 yılında yazdığı
Rossum’s Universal Robots (RUR) adlı oyunda
kullanılmıştır
(RoTAM, 2013).
Robotlar
doğrudan
bir
operatörün
kontrolünde
çalışabildikleri gibi bağımsız olarak bir
bilgisayar
programının
kontrolünde
de
çalışabilmektedirler. Teknolojik gelişmeler ile
birlikte robotların kullanım alanlarında sürekli
artış gözlenmektedir. Artık günümüzde,
endüstriyel işletmelerde, hastanelerde, askeri
ve güvenlik amaçlı uygulamalarda, denizaltı
araştırmalarında, uzay araştırmalarında, ev
temizliğinde ve tarımsal uygulamalar gibi
birçok
alanda
robot
teknolojileri
kullanılabilmektedir (Yıldız, 2009).
Ülkemizde yeni gelişmelerin yaşandığı bir
alanda, farklı ülkelerde yapılmış çalışmaların
değerlendirilmesinin
yararlı
olacağı
düşünülmüştür.
Bu çalışmada, seralarda
üretim
mekanizasyonundaki
robotik
uygulamalara
yönelik
yapılmış
bilimsel
çalışmaların
derlenmesi
amaçlanmıştır.
Çalışmada,
uluslararası
platformlarda
sunulmuş yayınlar incelenmiş, seralarda
robotik uygulamalar çalışma alanlarına göre
sınıflandırılmıştır.
SERALARDA ÜRETİM
MEKANİZASYONUNA YÖNELİK
ROBOTİK UYGULAMALAR
Yapılan
çalışmalar
incelendiğinde;
seralarda robotik uygulamalara yönelik yapılan
çalışmaların
ana
gerekçelerinin
işçilik
maliyetlerinin yüksekliği, uzman personel
gerektirmesi,
standart
iş
yapılmasının
gerekliliği ile iş sağlığı ve güvenliğinin
önemsenmesi şeklinde sıralanabilir.
Herhangi bir alanda robot kullanılmasının
düşünülmesi bazı temel faktörlere bağlıdır.
Bunlar; başlıca üretimde esneklik ve
verimliliğin yükseltilmesi, insan sağlığını tehdit
eden tehlikelerin bulunması, iş gücünün pahalı
olması, bulunmaması veya insanların bu tür
işleri yapmak istememesi, üretimde bozuk
parça sayısının azaltılması ve malzeme
tasarrufu, eğitim, sağlık, hizmet ve güvenlik
alanlarında sağlanan kolaylıklar sayılabilir
(Beller, 2012). Bu kapsamda kalifiye eleman
sorunu ve ücretlerin yükselmesi, ilaçlama gibi
yoğun kimyasal uygulamalarda insan sağlığı
ve çevre açısından sorunlarla karşılaşılması,
zaman kısıtı vb. nedenlerle tarımsal üretim
aşamalarında robotların kullanılmasına yönelik
dünyanın farklı ülkelerinde araştırmalar
yürütülmektedir. Bununla birlikte ülkemizde
de son yıllarda bu amaca yönelik çalışmaların
başladığı
gözlenmektedir
(Ünal,
2012;
Tekin, 2013).
Birçok araştırmada robotik uygulamaların
seralarda
yer
almasının
avantajları
anlatılmaktadır. Ancak bu işlemlerin başarıya
ulaşması için uygun bir metodolojinin
izlenmesi gereklidir. Van Tuijl et al. (2005)
çalışmalarında,
seralarda
robotik
uygulamalarda izlenecek sistematik tasarım
metodları konusunda bilgiler verilmiştir.
Fabrikalarda çalışan robotların tasarımında
çalışılan alanın daha belirgin olması nedeniyle,
tarımsal alanlarda çalışacak robotlara göre
daha az sensör gerektiği belirtilmiştir.
Metodoloji olarak izlenecek yolu sırasıyla; imal
edilecek robotun özelliklerinin listelenmesi
(ağırlık, hız, şekil vb.), sistem analizinin
yapılması (çalışma alanının sınırları ve mobil
robotun yapacağı işin belirlenmesi), mobil
robotun çalışma modları ve teknik olarak
çıkabilecek tıkanıklıkların belirlenmesi, kritik
olan teknolojinin fizibilite testi ve sayısal
hesaplamaların yapılması ile tüm sistemin
fizibilitesinin test edilebileceği bir fonksiyonel
Ülkemiz
seralarındaki
mevcut
uygulamalar dikkate alındığında, özellikle
ilaçlama başta olmak üzere bazı işlemlerin,
insan işgücü gereksinimi azaltılarak ve iş
271
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
modelin oluşturulması şeklinde belirtmişlerdir.
Bununla birlikte yapılan bazı çalışmalar daha
ileri noktalara taşınmıştır. Örneğin Mars
koşullarına uygun sera tasarımı ve bu
seralarda kullanılacak robotlar ile ilgili
çalışmalar bulunmaktadır. Magnani et al.
(2006) Mars koşullarında seranın kurulması ve
işletilmesinin, işlemlerin mümkün olduğunca
otonom sistemlerle gerçekleştirilebilmesi için
yeterli bir robotik altyapıyı gerektiren çok
iddialı
konu
olduğunu
belirtmişlerdir.
Çalışmalarında, sera içinde gerçekleştirilecek
kültürel
işlemler
için
robotik
sistem
gereksinimleri
(sera
planlaması,
yol
düzenlemeleri, kültürel işlemler, hasat sonrası
işlemler vb.), kullanılacak robotların tipolojisi
(yürüme ve hareket etme yöntemleri;
tekerlekli, bacaklı vb.) ve son kullanım
aparatları (end effektörler- tutucular, kıskaçlar
vb.) konularında örneklere yer verilmiştir. Bu
konuda yapılacak çalışmaların robot ve
otomasyon teknolojileri konusunda önemli
avantajlar sağlayabileceği belirtilmiştir.
çıkması nedeniyle, borular üzerinde hareket
eden tekerlekler sert plastik malzemeden
yapılmıştır.
Robotun
ısıtma
borularını
algılayabilmesi
için
endüktif
sensör
kullanılmıştır ve robot sıra sonundaki geri
hareketini otomatik olarak yapabilmektedir.
Bir sıradan diğer sıraya geçiş ise işçi
yardımıyla el ile yapılmaktadır. Aynı zamanda
robot üzerine, güvenlik amacıyla acil durma
butonu ve çarpışma engelleyici sensör de
eklenmiştir. Mobil robot 0,26 m s-1 ilerleme
hızına çıkabilecek motor donanımına sahiptir.
PWM kontrolü ile motor kontrolü yapılmıştır.
Hıyar
yetiştirilen
bir
serada
yapılan
denemelerde robotun hareketini ve geri
dönüşlerini başarılı bir şekilde gerçekleştirdiği
gözlenmiştir. Birinci denemede yaprakların üst
ve alt yüzeylerindeki kaplama oranı %95
olarak belirlenmiştir. Yaprak alanı indeksinin
daha fazla olduğu ikinci denemede ise
yaprakların
üst
kısmındaki
kaplama
oranı %90, alt kısımlarındaki kaplama
oranı %80 olarak tespit edilmiştir.
Yürütülen çalışmalarda, yalnızca bir ya da
birden
fazla
işlemi
gerçekleştirebilecek
üniversal
robotların
tasarlanması
ve
geliştirilmesi
konularının
daha
çok
önemsendiği görülmektedir. Bununla birlikte
özellikle
hasat,
budama
ve
robotun
yönlendirilmesi için görüntü işlemeye yönelik
çalışmalara da yer verildiği belirlenmiştir.
Livne et al. (2010), seralarda yoğun ilaç
kullanımının başlıca dezavantajlarını; yüksek
maliyet, zararlıların direnç kazanması ve toksik
etki olarak sıralamışlardır. Ayrıca insan işgücü
maliyetinin yükselmesi gibi nedenlerin daha
ucuz ve güvenli bir ilaçlama için otonom
ilaçlama sistemlerinin geliştirilmesi ile ilgili
çalışmalara yön verdiğini belirtmişlerdir. Bu
amaçla biber serasında ilaçlama işlemlerinde
kullanılmak üzere bir otonom ilaçlama
robotunun tasarımı üzerinde çalışılmıştır.
Geliştirilen robotun performansı geleneksel bir
makine
ile
kıyaslanmıştır.
İlaçlama
performansı ve dinamik tasarım etkinlikleri için
iki model geliştirilmiş ve bu iki model bir
ekonomik analiz modelinde birleştirilmiştir.
Araştırma sonucunda depo kapasitesinin sıra
uzunluklarına göre ayarlanmasının ilaçlama
robotunun
performansını
arttırdığı
belirlenmiştir. Memeler arasında yeterli
mesafe bırakılması ilaç maliyetini azaltmış ve
ilaçlama etkinliğini artırmıştır.
Bu çalışmada değerlendirilen araştırmalar
konularına
göre
aşağıdaki
şekilde
sınıflandırılmıştır.
İlaçlama Robotları
Değerlendirmeye
alınan
çalışmalar
incelendiğinde bazı araştırmaların, sera
üretiminde hastalık ve zararlılara karşı yapılan
ilaçlamalarda
kullanılan
pülverizatörlerin
robotik uygulamaları üzerine yoğunlaştığı
belirlenmiştir. Sera yetiştiriciliğinde yoğun
ilaçlama
işlemleri
ve
bu
işlemlerde
kimyasalların kullanılıyor olması araştırmacıları
bu konudaki çalışmalara yönlendirmiştir.
Singh et al. (2004), seralarda ilaçlama
işlemlerinde kullanılmak üzerek, diferansiyel
sürüş tekniği ile sürülen altı tekerlekli otonom
bir robot tasarlamışlardır. Mobil robot
hareketini 0.75 BG’ne sahip iki adet DC
motordan almaktadır. Ultrasonik sensörlerden
gelen verileri yorumlayabilmek için bulanık
mantık (fuzzylogic), motorların kontrolünde
Sammons et al. (2005), seralarda
ilaçlama uygulamaları için otonom bir robot
geliştirmişlerdir. Çalışmada, seralarda ısıtma
boruları
üzerinde
ilaçlama
işlemlerinde
kullanılabilecek robotun tasarımı, imalatı,
yazılımı gerçekleştirilmiş ve robot iki farklı
modern serada test edilmiştir. Seralarda
ısıtma suyu sıcaklığının 80-90°C düzeylerine
272
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
ise
oransal-türevsel
(PD)
yöntemi
kullanılmıştır. Robot, beton ve kumsal olmak
üzere iki farklı zeminde ve iki farklı
uygulamada çalıştırılmıştır. Birinci uygulamada
(self-contained mode), pülverizatör mobil
robotun üzerine monte edilmiş, ikinci
uygulamada (trailer mode) ise pülverizatör
mobil robot tarafından çekilmiştir. Araştırma
sonuçlarına göre, beton ve toprak zeminde
24’’ sıra arası genişlikte elde edilen
1’’ değerinden daha küçük ortalama karesel
hata değeri ile birinci uygulamanın (selfcontained mode) daha iyi sonuçlar verdiği
belirlenmiştir.
sensörlerden gelen verilere göre oransal
kontrol
ile
mobil
robotun
hareketi
sağlanmıştır. Mobil robot 98 cm genişlikteki
koridora (sıra aralığı) sahip ve beton zeminli
bir modern serada üç farklı hızda çalıştırılarak
test edilmiştir. Buna göre 15, 25 ve 35 cm s-1
hızlarında çalıştırılan mobil robotun konumdaki
ortalama karesel hatası sırasıyla 4.93, 5.34 ve
6.51 cm olarak bulunmuştur. Hızın artması ile
robotun konumsal ortalama karesel hatasının
arttığı belirlenmiştir. Bununla birlikte sıra
sonlarındaki dönüş yarıçapının da hız ile
birlikte arttığı belirtilmiştir.
Mandow et al. (1996) tarafından hem
otonom hem de insan kontrollü çalışabilecek
mobil robot (AURORA) geliştirmişlerdir.
Uzunluğu 140 cm, genişliği 80 cm ve
yüksekliği 100 cm olan robot, dört tekerlekli
olarak tasarlanmıştır. Arka ve ön tekerler
yönlendirme, ortadaki tekerler ise hareket
veren tahrik tekerlekleridir. Tekerler eşkenar
dörtgenin
köşeleri
olacak
şekilde
yerleştirilmişlerdir.
Arka
ve
öndeki
yönlendirme tekerleri üç fazlı tek bir AC motor
ile kontrol edilmektedir. Ortadaki tahrik
tekerleri için ise birbirinden bağımsız iki adet
üç fazlı AC motor bulunmaktadır. Hareket
veren motorların torkları redüktör ile
arttırılmıştır. Bu durumda motorlar maksimum
0.82 m s-1 hız değerine ulaşabilmişlerdir. Mobil
robotun hızının yavaş olması nedeniyle
frenleme sistemi kullanılmamıştır. Dört adet
kısa mesafeli ve iki adet orta mesafeli dijital
sensör ile birlikte dört adet orta mesafeli
analog olmak üzere mobil robotun etrafına
ultrasonik
sensörler
yerleştirilmiştir.
Geliştirilen robot, otonom yönlendirme ve
ilaçlama işlemlerinde test edilmiştir. İlaçlama
işlemi için üzerinde bir sırt atomizörü
yerleştirilmiştir. Yapılan denemelerde ilaçlama
işlemleri için robot kullanımının uygun olduğu
ancak gerçek çalışma koşulları için daha
verimli bir hareketlendirici tasarımının gerekli
olduğu bildirilmiştir. Ayrıca diğer kültürel
işlemlerin geliştirilmesine yönelik çalışmaların
da planlandığı belirtilmiştir.
Mashhadimeyghani
et
al.
(2012),
çalışmalarında kapalı ve nemli bir ortam olan
cam seralarda kimyasalların zararlı etkilerini
azaltmak amacıyla sıcak su boruları üzerinde
hareket eden otonom ilaçlama robotu tasarımı
yapmışlardır. Hareket tahrik tekerleklerine iki
adet DC motor ile verilmektedir. İlaçlama
sisteminde iki adet pompa ve dört adet valf
bulunmaktadır. Valfler robotun altından gelen
sinyallere göre mikroişlemci tarafından açılıp
kapanmaktadır.
Robotun
ilerleme
doğrultusundaki ilaçlamanın başlama ve
bitirilmesi gereken noktalara işaretleyiciler
konulmuştur. LCD/klavye panel ile mobil robot
kontrol edilebilmektedir. Kontrolör olarak AVR
mikroişlemcisi kullanılmıştır. Mikroişlemcinin
yazılımının
BASCOM-AVR
programında
yazıldığı ve devre çizimlerinin PROTEUS 7
professional
kullanılarak
gerçekleştirildiği
belirtilmektedir.
Denemeler,
domates
bitkisinin yetiştirildiği bir araştırma serasında
yürütülmüş ve sıvı olarak su kullanılmıştır.
Denemeler sırasında mobil robot 125 m
uzunluğundaki sıralar arasında bulunan sıcak
su boruları üzerinde ilerlemiş, aynı sıra
üzerinde geri dönüşte pülverizasyon işlemi
gerçekleştirilmiştir.
Denemeler
sonunda
geliştirilen robotun sıra arasında başarılı bir
şekilde ileri ve geri hareket edebildiği ve
yapraklar üzerinde % 90’ın üzerinde kaplama
oranı sağladığı belirlenmiştir.
Masoudi et al. (2010) tarafından
seralarda ilaçlama yapmak amacıyla bir mobil
robot üretimi gerçekleştirilmiştir. Diferansiyel
sürme metoduyla tasarlanan robotta üç adet
tekerlek kullanılmıştır. İki adet DC motor ile
sürüş kontrol edilmiştir. Engellere çarpmaması
ve yönünü belirleyebilmesi amacıyla altı adet
ultrasonik sensör kullanılmıştır. Ultrasonik
Hasat Robotları
Seralarda insan işgücünün en fazla
gerektiği işlemlerden birisi de hasat işlemidir.
Antalya Bölgesi için yapılan bir araştırmaya
göre, yıllık yetiştirilen sera sebzelerinin hasadı
için bir dekar alan başına yaklaşık 300 saat
işgücü gerekmektedir. Bu değer de toplam
273
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
işgücünün yaklaşık % 20’sini oluşturmaktadır
(Çanakcı
ve
Akıncı, 2006).
Günümüz
koşullarında ülkemiz seralarında uygulanan
hasat işlemlerinin robotik uygulamalar ile
yapılmasının gerçekçi olmadığı bu işlem için
henüz erken olduğu düşünülebilir. Ancak,
özellikle işgücü ücretlerinin yüksek olduğu
ülkelerde, bazı ürünlerin robotlarla hasat
edilmesine yönelik çalışmalara yer verildiği
görülmektedir.
prototip robot geliştirmişlerdir. Çalışmada,
öncelikle biber hasadının insan işgücü ile
gerçekleştirilmesindeki detaylar belirlenmiş,
hasat işleminin robotlarla yapılması ana
hatlarıyla anlatılmış ve prototip robot
tanıtılmıştır.
Ayrıca
robota
biberin
tanıtılmasında kullanılan görüntü işleme
sistemleri açıklanmış ve yapılan deneme
sonuçları hakkında bilgiler verilmiştir. Hasat
robotunun genişliği 100 cm, uzunluğu 55 cm
ve yüksekliği 140 cm’dir. Robot sabit
konumda; 23 cm yatay ve 18 cm dikey
düzlem
ile
18 cm
derinlikte
hareket
edebilmektedir. Bu çalışma alanındaki tatlı
biberleri tanıyabilmekte ve biber saplarını
kesebilmektedir.
Biberlerin
tanınmasında
görüntü işleme yönteminden yararlanılmış bu
amaçla iki adet 680000 piksele sahip CCD
kamera kullanılmıştır. Kesme aparatı ileri
yönde 8 cm hareket edebilmektedir ve
belirlediği biberleri budama makası ile
kesmektedir. Aparatın üç yöndeki her hareketi
için ayrı motor kullanılmıştır. Motorlar DSP
kontrolcüsü ile kontrol edilmiştir. Görüntü
işleme algoritmasında görüntünün HSI
özelliğinin ikilik olarak kodlanmış pikselleri
üzerinde çalışılmaktadır. Denemelerde yapraklı
ve yapraksız olmak üzere iki farklı uygulama
yürütülmüştür.
Laboratuvar
koşullarında
yapılan denemelerde, yapraksız uygulamada
robotun biberi tanıması ve kesilmesinde başarı
sağlanmıştır. Meyve ile birlikte yaprakların da
yer aldığı diğer uygulamada da biberin
tanınmasında
başarı
sağlanmış,
ancak
kesilmesinde yaprakların sapları örtmesi
nedeniyle
başarı
oranının
düştüğü
bildirilmiştir.
Van Henten et al. (2002), günümüz
modern seralarında insan işgücü giderlerinin
toplam üretim maliyetlerinde % 30’dan daha
fazla paya sahip olduğunu bildirmişlerdir.
Artan rekabet koşullarında insan işgücü
verimliliğinin artması ve insan işgücü
gereksiniminin azaltılmasının kilit bir nokta
olduğu, bu kapsamda da farklı üretim
aşamalarında
robot
kullanımı
üzerine
odaklanıldığını belirtilmiştir. Çalışmalarında,
hıyar seraları için kullanılan bir otonom
robotun konsepti açıklanmış, yazılım ve
donanım özellikleri üzerinde durulmuştur.
Sistemin başlıca elemanları; otonom araç,
manipulatör, robot kolu, meyveyi ve ortamı üç
boyutlu tanımak ve taramak için gerekli
sistemler ve hasat sırasındaki serbest
hareketleri üreten bir kontrol şemasıdır.
Çalışmada, robotların çalışma alanı ile
hasat işlemlerinin lojistik konuları incelenmiş,
robotun tasarım parametreleri açıklanmış ve
fonksiyonel
bir
robotun
özellikleri
detaylandırılmıştır. Bu özellikler dikkate
alınarak
Hollanda
koşullarında,
sezon
içerisinde işlemlerin en yoğun olduğu
dönemde 2 ha’lık bir alan için 4 hasat
robotuna
ihtiyaç
olduğu
belirlenmiştir.
Robotun üzerine, hasad yapma amacıyla yedi
serbestlik
dereceli
bir
manipülatör
yerleştirilmiştir. Kesme kolları, hasat yapılırken
ürüne zarar gelmeyecek şekilde tasarlanmıştır.
Tasarlanan termal kesme ucu seraya virüsün
yayılmasını engellemektedir. Manipülatörün
hasat esnasında çarpışmadan kaçınması için
A* arama algoritması kullanılmıştır. Yapılan
çalışmada %95 oranında meyvelerin tespit
edildiği ve %80 oranında hasadın yapılabildiği
ve bir hıyar meyvesinin hasadının yaklaşık 45
saniye
sürdüğü
belirtilmiştir.
İleriki
çalışmaların bu sürenin azaltılmasına yönelik
olacağı vurgulanmıştır.
Noordam et al. (2004), Hollanda da gül
yetiştirilen seralarda yüksek işgücü maliyetinin
önemli bir sorun olduğu vurgulamışlardır. Gül
kesilmesi için eğitimsiz personelin düşük fiyata
çalıştırıldığı ve yorucu olan kesim işlemleri için
uzun yollar boyunca yürünmesinin gerekli
olduğunu bildirmiştir. Bu durum Hollanda’da
sektörün geleceği ile ilgili korkuların artmasına
neden olmaktadır. Bu nedenle son yıllarda
işçilik
maliyetinin
azaltılmasına
yönelik
araştırmalar yapılmaktadır. Bu kapsamda
işçilerin yürümesi yerine, gülleri işçilerin
bulunduğu yere getiren mobil taşıma
sistemleri geliştirilmiştir. Ticari olarak da
üretilmeye başlayan bu sistemler ile işgücü
maliyeti % 30-40 düzeyinde azalmıştır.
Bununla birlikte, insan işgücü gereksiniminin
Kitamura ve Oka (2005) seralarda
yetiştirilen tatlı biberin hasadına yönelik bir
274
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
engellediği bunun da doğru bir üç boyutlu
seçim için stereo eşleştirme algoritması
kullanımını sınırlandırdığı belirtilmiştir. Lazer
üçgenlemesi, karmaşık bir görüntüde ayrıntılı
tahminleme
yapabilmektedir.
Yaprağın
önündeki sapın belirlenmesinde etkilidir.
Ancak bu yöntemde sarkan yapraklar
nedeniyle
saplar
üzerindeki
kesme
noktalarının
belirlenmesinde
sorunlarla
karşılaşılmaktadır. Gül hasadında çoğunlukla
karşılaşılan bu sorun nedeniyle lazer
üçgenlemesi tercih edilen bir uygulama
değildir. Ters hacimsel kesişim yönteminde
(RVI - Reverse Volumetric Intersection),
birden fazla kamera aynı yerden tek bir
görüntü almakta ve elde edilen görüntüler üç
boyutlu bir görüntüye dönüştürülmektedir. Bu
yöntemde
farklı
açılardan
eklenecek
kameralar ile daha fazla bilgi daha kolay bir
yolla elde edilebilmektedir. Ancak hiçbir
açıdan sap görünmüyorsa bu yöntem bile
başarı sağlayamaz.
daha
da
azaltılması
maliyetlerin
düşürülmesinde
son
nokta
olacaktır.
Otomasyon sisteminde bir sonraki aşama,
güllerin taşınmasıyla birlikte robotik hasat
sistemlerinin
kullanılmasıdır.
Hasat
robotlarının başlıca elemanları, kapsamlı bir
görüntüleme, tutma ve kesme sistemleridir.
Karmaşık olan hasat işlemi için birinci aşama
olgun güllerin taranmasıdır. Bir sonraki aşama
ise kesime uygun güllerin belirlenmesidir.
Robot gülü tespit ettikten sonra sap üzerinde
kesilecek noktayı belirleyecek, sapı uygun
yerden kesecek ve kesilen gülü alandan
uzaklaştıracaktır. Buradaki en zor aşama
etrafındaki güller arasından kesilecek gül
sapının belirlenmesi ve izlenmesidir. Burada
robot gülün sapını ve kesme noktasını üç
boyutlu düzlemde belirlemek zorundadır. Bu
aşamada, diğer dallar ve yapraklar ilgili sapın
tümüyle
görünmesini
zorlaştırmaktadır.
Burada aynı sapı farklı açılardan ve
konumlardan görebilen çoklu görüşe sahip
sistemler gereklidir.
Araştırma sonunda, en iyi sonuçların daha
küçük yapraklı ve daha fazla açıklığa sahip
çeşitlerde alınabileceği bildirilmiştir. Gül hasat
robotlarında sapların üç boyutlu belirlenmesi
için en umut verici konseptin üç boyutlu ters
hacimsel kesişim konsepti olduğu belirtilmiş
ve gelecekteki çalışmaların bu konseptin
geliştirilmesi ve uygulanmasına yönelik olacağı
vurgulanmıştır.
Yapılan çalışmada, gül
seralarında
çalışacak bir robot için bitki saplarının
belirlenmesi amacıyla farklı görüntü işleme
teknikleri karşılaştırılmış ve bunların birlikte
incelenerek bir çıkarım yapılması sağlanmıştır.
Sistemin
laboratuvar
ortamında
çalışabilmesi için bilgisayar ile dönen bir tabla
üzerine bitki yerleştirilmiştir. Kamera olarak
8mm’lik lense sahip bir CCD kamera
kullanılmıştır. Kamera ile bitki arası uzaklık
1.5 m olarak ayarlanmış ve farklı görüntüleme
teknikleri
ile
çalışılmıştır.
Stereo
görüntülemede, her 15°’lik dönme hareketi ile
bir bitkiden 48 adet görüntü alınmaktadır. Bu
görüntülere “Uluslararası Küçük Görüntü
Sistemi-SRI” yazılımı ile stereo eşleştirmesi
yapıldığı bildirilmiştir. Lazer üçgenlemesinde
dikey konumda hareket ettirilen bir kamera ile
bir bitkiden 600 adet görüntü alınmaktadır.
Alınan her görüntüde derinlik, bilinen konum
ve açılardan tekrardan oluşturulmuştur. Ters
hacimsel kesişim yönteminde farklı açılardan
alınan görüntüler ile bitkinin 3 boyutlu
konumu
çıkartılmaktadır.
Araştırma
sonuçlarına göre; stereo görüntüleme ile
başarılı bir üç boyutlu tahminlemede, uygun
bir eşleştirme için nesnelerin ya da
özelliklerinin hem görünür hem de iyi tespit
edilebilir olması gerektiği vurgulanmıştır.
Yaprak miktarı ve sap sayısının taramayı
Üniversal Robotlar
Seralarda üretim sezonu içerisinde farklı
kültürel işlemler yapılmaktadır. Yapılan
çalışmalar incelendiğinde bazı çalışmaların
birden fazla işlemin tek bir robot ile
gerçekleştirilmesi
üzerine
yoğunlaştığı
(üniversal
robot)
görülmektedir.
Bu
uygulamaların,
robotik
sistemlerin
uygulanacağı seralarda özellikle ilk yatırım
maliyetleri ve işletme giderleri açısından
olumlu olduğu söylenebilir.
Belforte et al. (2006), son yıllarda
özellikle seralar başta olmak üzere yoğun
tarım
uygulanan
alanlarda
teknolojik
uygulamaların arttığını belirtmişledir. Bununla
birlikte birçok yorucu, çok tekrarlı hatta
tehlikeli işlem insan işgücü ile yapılmaya
devam etmektedir. Ancak bunun da maliyet
ve
güvenlik
gibi
bazı
olumsuzlukları
sürdürdüğü ifade edilmiştir. Çalışmalarında
çok amaçlı düşük maliyetli bir robot
275
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
prototipinin tasarımı, üretimi ve yürütülen ön
deneme sonuçları ile ilgili bilgiler verilmiştir.
Şekil 1 ve Şekil 2’de geliştirilen robot ve
çalışması ile ilgili resimler verilmiştir.
Geliştirilen robotun, masa üzerinde saksıda
yetiştiricilik yapılan seralarda hassas ilaçlama
ve gübreleme yapabilmesi amaçlanmıştır. Üç
serbestlik derecesine sahip olan robotun
eklemleri
12V DC
motorlarla
hareket
ettirilmiştir. Geri besleme ilk eklemde dijital
enkoder
ile
diğer
iki
eklemde
ise
potansiyometre ile sağlanmıştır. Robotun
hareket kontrolü için National Instruments
1000b PXI kontrolörü kullanılmıştır. Bu
kontrolör, PXI-8170 Pentium 3 işlemcisi ve
PXI-7344
hareket
kontrolöründen
oluşmaktadır. Robotun kinematik zincirinde ilk
eklem 1680 mm uzunlukta prizmatik bir
eklemdir. İkinci eklem 390 mm uzunluğunda
bir çerçeveye yerleştirilmiş ±50° dönebilen bir
silindirik eklemdir ve son eklem ise dikey
yönde 400 mm hareket edebilen bir prizmatik
eklemdir. Denge problemini çözmek amacıyla
robotun
arka
kısmına
80 kg
ağırlık
konulmuştur. Deneme sonuçlarına göre
robotun iş veriminin (400-500 adet-bitki h-1)
düşük olarak değerlendirilebileceği, ancak
uzun süre çalışmasının günlük verimi
artıracağı belirtilmiştir. Çalışma sonunda konu
ile ilgili geliştirme çalışmalarının devam
edeceği ve üretim sürecindeki farklı işlemlerin
de
robotlar
tarafından
yapılmasının
hedeflendiği bildirilmiştir.
Şekil 2. Hereketli masalarda robotun çalışma
düzlemi (Belforte et al., 2006)
Gay et al. (2008), çalışmalarında çok
amaçlı robot uygulamalarına yer vermişlerdir.
Birincisi Belforte et al. (2006) tarafından
geliştirilen sabit noktalı robot uygulamasıdır.
Diğer uygulama ise kartezyen robotlardır. İlk
prototip üç serbestlik derecesine sahip bir
manipülatördür. Bu prototipin farklı son
tutucular (end effector) takılabilecek şekilde
dizayn edildiği ve istenildiğinde serbestlik
derecesinin
arttırılabileceği
belirtilmiştir.
Manipülatörün pantograf yapıda dizayn
edildiği, fakat bu yapıdan dolayı ters
kinematik hesabının uzun sürdüğü ve bunun
da performansı etkilediği belirtilmiştir. İlk
prototipteki performans düşüklüğü nedeniyle
ikinci
prototip
olan
kartezyen
robot
geliştirilmiştir. Masada yapılan yetiştiricilikte,
hassas ilaçlama ve hassas gübreleme
yapılacak bitkiler genellikle dikdörtgen bir
tabla üzerinde olduğundan, koordinatların
direk
robotun
eklem
konumlarında
kullanılabileceği belirtilmiştir. Bu nedenle ters
kinematik
hesabı
ile
zaman
kaybı
olmamaktadır. Ayrıca kartezyen yapıya uygun
parçaların
bulunmasının
diğer
yapılara
nazaran daha kolay olduğu ve kartezyen
modülünün bir kızak yapısı ile hareket
ettirildiği bildirilmiştir. Robotun çalışacağı
bitkilerin bulunduğu platformun (bench)
boyutları ise 3000×1500×1000 mm’dir.
Kashiwazaki et al. (2010), Japonya’da
tarımsal alanlardaki işgücünün azaldığı bu
nedenle mekanizasyon ve otomasyona yönelik
çalışmaların arttığını bildirmişlerdir. Bununla
birlikte tarımsal işlemlerin tümüyle otomasyon
sistemleriyle
yapılmasında
bazı
teknik
problemlerin bulunduğunu belirtmişlerdir.
İşçilerin esnek ve hassas çalışabildiği,
robotların ise çok tekrarlı işlemlerde başarılı
Şekil 1. Robotun serada çalışması
(Belforte et al., 2006)
276
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
olduğu ifade edilmiştir. Bu nedenle her ikisinin
de avantajlı yönlerinin esas alınarak insan ve
robotun ortak çalışmasının verimlilik açısından
önemli olduğu vurgulanmıştır. Bu kapsamda
çalışmalarında
bir
hasat
ve
ilaçlama
işlemlerinde kullanılabilecek Şekil 3’de görülen
robot platformunu geliştirmişlerdir. Mobil
robotun çizgi izleme ve engellerden kaçınma
özelliğine sahip olduğu belirtilmektedir.
Boyutları 600×920×537 mm olan robotun
kütlesi 70 kg, taşıma kapasitesi 150 kg, arka
tekerlek çapı 330 mm ve ön tekerlek çapı
150 mm’dir. Arka tekerler birbirinden bağımsız
olarak kontrol edilmektedir, ön tekerler ise
sarhoş tekerlerdir. Mobil robot hareketini iki
adet DC motordan almaktadır. Robotun üst
kısmını sadece hasat sonrası ürünleri taşımak
için değil ayrıca başka aparatlar eklenebilecek
şekilde tasarlanmıştır. Mobil robota çizgi takibi
yapabilmesi için metal algılama sensörü
eklenmiştir ve robot noktadan noktaya modu,
kesintisiz yörünge modu ve güç yardımlı modu
olmak üzere 3 modda çalıştırılabilmektedir.
Noktadan noktaya modunda belirtilen konuma
engellere çarpmadan en kısa yoldan
gitmektedir.
Robot,
kesintisiz
yörünge
modunda yere çizilmiş yörüngeyi takip
etmektedir ve son olarak güç yardımlı modda
bir işçi tarafından yardımcı bar ile hareket
ettirilmektedir.
Şekil 3. Sera robotu (Kashiwasaki et al.,
2010)
süspansiyon sistemi kullanılmamıştır.
Robotun yönlendirilmesi amacıyla kamera,
lazer sensörler ve enkoderler kullanılmıştır.
Kullanılan elektronik ekipmanların ayrıntısına
yer verilmemiştir. Mobil robotun üzerine 400L
kapasiteli
bir
ilaç
deposu
yerleştirilebilmektedir. İlaçlama modunda
sağına ve soluna yerleştirilmiş dikey
püskürtme çubuğunun her birinde dört adet
meme bulunmaktadır. Hidrolik kaldırma
platformu
mobil
robotun
üzerine
yerleştirildiğinde
mobil
robot
2.5 m
yükseklikteki işler için kullanılabilir duruma
gelmektedir. Geliştirilen robot ile ilgili resimler
Şekil 4 ve Şekil 5’de görülmektedir.
Budama Robotları
Gelişme döneminde seralarda yetiştirilen
sebzelerde, bitki üzerinde bulunan bazı dal ve
yaprakların belirli aralıklarla temizlenmesi
gereklidir. Bu işlem budama, koltuk alma, filiz
kırma, fisil alma, yaprak arası açma gibi
terimlerle adlandırılmaktadır. Antalya bölgesi
geleneksel seralarında, çok tekrarlı yapılan bu
işlem için yıllık ürünlerde bir üretim sezonunda
gerekli olan işgücü ürünlere bağlı olarak 100300 h da-1 arasında değişmektedir. Bu değer
toplam
işgücünün
ortalama
% 20’sini
oluşturmaktadır (Akıncı ve Çanakcı, 2009).
Aynı şekilde Van Henten et al. (2006),
seralarda
yetiştirilen
bitkilerde
yaprak
budamasının yüksek işgücü gerektiren yorucu
ve maliyetli bir iş olduğunu bildirmişlerdir.
Çalışmada toplam işgücünün % 19’unun bu
işlem
için
harcandığı
belirtilmiştir.
Otomasyonla bu işlemin kolaylaşacağı ve
Sanchez-Hermosilla et
al. (2012),
seralarda kullanılabilecek üniversal bir robot
geliştirmişler. Robotun üst kısmı kızaklı bir
yapıda olması farklı amaçlarla kullanılmasına
olanak sağlamaktadır. Robot üzerinde gerekli
düzenlemeler yapılarak; ilaçlama işlemleri için
pülverizatör,
kültürel
işlemlerin
gerçekleştirilmesinde kullanılmak üzere bir
kaldırma platformu ya da sera içi taşımacılık
işlemlerinde kullanılmak üzere bir taşıyıcı
olarak kullanılabileceği belirtilmiştir. Toprak
zemin üzerinde hareket edecek şekilde
tasarlanmış mobil robotun genişliği 710 mm,
uzunluğu 1750 mm ve yüksekliği ise
530 mm’dir. Mobil robotun hızının yavaş
olması nedeniyle
277
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
Görüntü İşleme Uygulamalarına
Yönelik Araştırmalar
Seralarda kullanılacak robotlarla ilgili
araştırmalarda,
robot
hareketinin
ve
yönlendirilmesinin
sağlanması,
yapacağı
işlemin özelliğine göre bitkinin ilgili aksamının
tanıtılması vb. işlemler için görüntü işleme ile
ilgili çalışmalar da yürütülmektedir.
Longo et al. (2011), seralarda kullanılan
robotların,
zemin
üzerindeki
otonom
hareketine yardımcı olmak amacıyla bir yapay
görme algoritmasının geliştirilmesi ve test
edilmesine yönelik bir çalışma yapmışlardır.
Çalışmanın başarıya ulaşması için seranın bazı
özelliklerinin
ve
ışık
durumunun
iyi
bilinmesinin
gerekliliği
vurgulanmıştır.
Çalışmada otomatik yönlendirme için yapay
görme tabanlı yöntem esas alınmış ve düşük
maliyetli
sensörler
kullanılmıştır.
Sıra
aralarındaki boşluğu dikkate alarak robotların
otonom olarak ilerlemesine yardımcı olmak
amacıyla yaygın olarak kullanılan DGPS ve 2D
lazer tarayıcılar vb. yerine düşük maliyetli
webcam (CCD sensör) ve uygun ölçüm
algoritmaları
kullanılmıştır.
Kameradan
görüntüler alınmakta ve robotun sıra
aralarında ilerleyebilmesi için kullanılacak
yarayışlı
verilere
dönüştürülmektedir.
Sistemde sadece CCD kamera kullanılarak
görsel odometri ile pozisyon, hız ve yön
belirlenmektedir. Bu uygulamada, alınan
görüntünün kuş bakışı algoritması (bird-eye
like algorithm) ile perspektif transformasyonu
yapılmaktadır. Bir domates serasında yapılan
denemelerde yandaki vejetasyon ile mobil
robotun gideceği yol arasındaki örüntü
farkının net bir şekilde ortaya çıktığı
belirlenmiştir.
Çalışmanın
sonraki
aşamalarında sunulan algoritmanın otonom
bir
robot
üzerine
entegre
edileceği
bildirilmiştir.
Şekil 4. Kültürel işlemler için geliştirilmiş
mobil robot ve kaldırma platformu (SanchezHermosilla et al., 2012)
Şekil 5. Robotun ilaçlama işlemlerinde
kullanılması
maliyetlerin azalacağı öngörülmüştür. Bu
kapsamda,
yaprak
budaması
işlemini
gerçekleştiren bir otonom robotun fonksiyonel
modeli ve yapılan denemeler ile ilgili bilgiler
verilmiştir. İlk kez yapıldığı bildirilen bu tip
çalışmadaki robot, yüksek tele asılmış hıyar
bitkisinin 1.2 m olan hasat yüksekliğinin
altında kalan yaprakları kesmektedir. Az
sayıdaki alan denemesi, robotlarla yaprak
budaması
işleminin
yapılabileceğini
göstermiştir. Manipülatör ve görüntüleme
sistemlerinde nispeten olumlu sonuçlar
alınmıştır. Ancak kesme kolundaki mekanik
sorunlar nedeniyle yeniden mühendislik
uygulamalarına gerek duyulmaktadır. Yapılan
deneme sonuçlarına göre iki yaprağın
budanması
için
gerekli
süre
toplam
140 saniye’dir. Bu süre insan işgücünden
yaklaşık 35 kat daha fazladır. Ekonomik bir
uygulama için robotun daha hızlı çalıştırılması
ve gerekli olan toplam sürenin azaltılması
gereklidir. Çalışma sonunda ayrıca, tek bir
robotik
platformun,
üzerinde
bazı
değişikliklerin yapılarak hem hasat hem de
yaprak budaması işlemleri için kullanılabileceği
belirtilmiştir.
Mehta et al. (2008) tarafından serada
çalışacak bir mobil robot için görüntü tabanlı
lokalizasyon üzerine çalışılmıştır. Bunun için
arkaya ve öne bakan iki adet kamera,
lokalizasyonda yardımcı olacak dikdörtgen
sarkıtlar ve görüntü işlemeyi yapacak bir
bilgisayar kullanmışlardır. Kameralar, NTSC
analog sinyal formatında çıkış vermektedirler.
Bunu bir dönüştürücü ile USB’den bilgisayara
almaktadırlar. Lokalizasyonda yardımcı olan
dikdörtgen
sarkıtlar
300×150 mm
boyutlarında seçilmiştir. Görüntü işleme için
278
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
MATLAB programı kullanılmıştır ve programın
gerçek-zamanlı olmayan bir şekilde çalıştığı
belirtilmiştir. Lokalizasyonu belirleyebilmek
için
yararlanılan
işlemler
öklid
homograflarından alt bileşenlerine ayrılarak
yapılmıştır.
verilmesinin gerekli olduğu düşünülmektedir.
Bu konuda uygulamaya dönük araştırmaların
da başlamış olması sevindiricidir.
Ülkemizde
bu
konuda
yapılacak
çalışmalar için bilimsel ve teknolojik altyapının
yeterli olduğu, ancak bunun disiplinler arası
çalışmalar ve projeler ile gerçekleşmesinin
hem zaman hem de geliştirilecek robotların
daha fonksiyonel olması açısından oldukça
önemli olduğu düşünülmektedir.
Bakker et al. (2007), otonom araçların
ilerlemesi sırasında bitki sıralarının algılanması
üzerinde çalışmışlardır. Araştırmada vizyon
tabanlı sıra belirleme sistemi uygulanmıştır.
Denemeler şeker pancarı ekilmiş, yabancı
otların
da
bulunduğu
bir
serada
yürütülmüştür. Deneme alanında 25 m
uzunluğundaki beş adet sıraya, 50 cm sıra
aralığında ve 18 cm sıra üzeri uzaklıkta ekim
yapılmıştır. Görüntü işleme için kullanılan
kameranın çözünürlüğü 659×494 pikseldir.
Kamera yerden 1.74 m yükseklikte ve dikeyle
40° açı yapacak şekilde yerleştirilmiştir.
Kamera ile 2.5 m sıra üzeri uzunluk ve 1.5 m
sıra
arası
genişliğinde
görüntü
elde
edilebilmektedir. Bu sayede üç adet sıra
tamamıyla görüntülenebilmektedir. Alınan
görüntüler 24 bitlik Bitmapler şeklinde
kaydedilmişlerdir. Görüntü işleme için Labview
programı kullanılmıştır. Kameranın belli bir
açıyla yere bakması nedeniyle perspektif
transformasyonu yapılmıştır. Görüntülerdeki
RGB değerleri ile doğrudan tespitin yeterli
seviyede olduğu belirtilmiştir.
LİTERATÜR LİSTESİ
Anonim, 2013. Bitkisel Üretim ve Bitki
Sağlığı Şube Müdürlüğü Kayıtları. Gıda Tarım
ve
Hayvancılık
Bakanlığı,
Müdürlüğü, Antalya.
Antalya
http://www.antalya-tarim.gov.tr,
Mayıs 2013.
İl
Erişim:
Apaydın, M., Ö.K. Caner, 2011-2013.
Örtüaltı Sebze Yetiştiriciliğinde Kullanılmak
Üzere Kendi Yürür Pülverizatör Tasarımı
(Devam eden TAGEM projesi). Gıda Tarım ve
Hayvancılık
Bakanlığı,
Zirai
Mücadele
Araştırma İstasyonu Müdürlüğü, Bornova,
İzmir.
http://www.bzmae.gov.tr
Mayıs2013)
(Erişim:
Bakker, T., H. Wouters, K. van Asselt, J.
Bontsema, L. Tang, J. Müller, G. van Straten,
2008. A Vision Based Row Detection System
For Sugar Beet. Computers and Electronics in
Agriculture, 60, 87-95.
SONUÇLAR ve ÖNERİLER
Bu
çalışmada,
seralarda
robotik
uygulamalara yönelik yapılmış ve uluslararası
platformlarda sunulmuş bazı çalışmalar
derlenmiştir. İncelenen araştırmalar, çalışma
alanlarına göre sınıflandırılmıştır. Çalışmaların;
robotların
geliştirilmesinde
izlenecek
yöntemler, tek bir işlem ya da birden fazla
kültürel işlemin gerçekleştirilmesine yönelik
(üniversal) robot geliştirilmesi ve robotlarda
kullanılacak görüntü işleme yöntemleri gibi
konularda yoğunlaştığı görülmektedir. Ayrıca
incelenen
birçok
çalışmanın
prototip
aşamasında olduğu ve çalışmaların devam
edeceği belirtilmektedir. İleriki çalışmalarda,
daha fonksiyonel robotların daha düşük
maliyetler ile gerçekleştirilmesinin hedeflendiği
açıklanmaktadır.
Belforte G., R. Deboli, P. Gay, P.
Piccarolo, D. Ricauda Aimonino, 2006. Robot
Design
and
Testing
for
Greenhouse
Applications.
Biosystems
Engineering,
95 (3):309–321.
Beller, S., 2012. Cam Silme Robotu ve
Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi,
Dumlupınar Üniv. Fen Bilimleri Enst., Makina
Müh. Anabilim Dalı, 82 ss.
Maket
BLM, 2013. Otomatik Sera İlaçlama Aracı.
BLM
Mekatronik-Otomasyon.
http://www.blmmekatronik.com
(Erişim:
Mayıs 2013).
Canakci, M. ve İ. Akincı, 2006. Energy
Use Pattern Analyses of Greenhouse
Vegetable Production. Energy. 31:1243-1256
Günümüz koşullarında, ülkemiz sera
yetiştiriciliği
ve
sera
alanları
dikkate
alındığında özellikle ilaçlama ve taşıma
işlemlerinde robotik uygulamalara öncelik
279
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
Çanakcı, M. ve İ. Akıncı, 2007. Antalya İli
Sera Sebze Yetiştiriciliğinde Modern ve
Geleneksel Sera İşletmelerinin Kıyaslanması.
Tarımsal
Mek.
24. Ulusal
Kongresi,
Kahramanmaraş, 54-61.
Processes in Sustainable Agriculture and
Forestry. Vienna, Austria.
Magnani P., B. Midollini, E. Crudo, 2006.
Robots and Martian Greenhouses. 2nd
International Workshop “Agrospazio: Ricerca
e Territorio” Sperlonga (LT), Italy.
Çanakcı, M. ve İ. Akıncı, 2009. Antalya İli
Sera Sebze Yetiştiriciliğinde Uygulanan
Tarımsal İşlemler ve İnsan İşgücü Kullanımı.
Tarım Mak. Bilimi Dergisi, 5(2): 193-201
http://www.agrospaceconference.com/sp
erlonga2006/10%20Magnani%20%20Robots%20and%20greenhouses.pdf,
(Erişim: Mayıs 2013).
Çanakcı, M., N. Çağlayan, N.Y. Emekli, M.
Topakcı, 2011. Modern Sera Teknolojileri ve
Türkiye’deki Uygulamaları, T.C. Gıda Tarım ve
Hayvancılık Bakanlığı, 2011 Yılı Bahçe Bitkileri
Grubu Bölge Bilgi Alışveriş Toplantısı, Ege
Tarımsal Araştırma Enst. Yayın No:144,
27-30 Eylül, Denizli, 1-14, 2011.
Mandow, A., J. M. Gomez-de-Gabriel,
J. L. Martinez, V. F. Muñoz, A. Ollero, A.
García-Cerezo, 1996. The autonomous mobile
robot AURORA for greenhouse operation.
Robotics & Automation Magazine, IEEE, 3(4),
18-28.
Gay P., P. Piccarolo, D. Ricauda
Aimonino, R. Deboli, 2008. Robotics for Work
and Environment Safety in Greenhouse.
International
Conference:
Innovation
Technology to Empower Safety, Health and
Welfare in Agriculture and Agro-food Systems,
September 15-17, Ragusa, Italy.
Mashhadimeyghani, H., D. Kalantari, A.
Rafiq, 2012. Design of An Automatic Sprayer
in Greenhouses Condition. CIGR-AgEng 2012,
Int. Conference of Agricultural Engineering.
Valencia, Spain.
http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/
tabla_137_C0314.pdf
Kashiwazaki K., Y. Suguhara, J. Iwasaki,
K. Kosuge, S. Kumazawa, T. Yamashita, 2010.
Greenhouse Partner Robot System. 41st
International Symposium on and 6th German
Conference on Robotics (ISR/ROBOTIK),
Berlin, Germany.
(Erişim: Mayıs 2013).
Masoudi, H., R. Alimardani, M. Omid,
S. S. Mohtasebi, N. Noguchi, K. Ishii, 2010.
Design, Fabrication and Evaluation of a Mobile
Robot for Greenhouse Spraying. 17th World
Congress of the International Commission of
Agricultural and Biosystems Engineering
(CIGR), Canada. (Erişim: Mayıs 2013).
Kitamura, S., K. Oka, 2005. Recognition
and Cutting System of Sweet Pepper for
Picking Robot in Greenhouse Horticulture.
IEEE
International
Conference
on
Mechatronics and Automation, IEEE, Niagara
Falls, Canada, 1807-1812.
http://www.csbescgab.ca/docs/meetings/2010/CSBE101359.p
df
Livne, L., E. Yael, A. Bechar, 2010.
Design of an Autonomous Spraying Robot for
Greenhouse, 17th World Congress of the
International Commission of Agricultural and
Biosystems Engineering (CIGR), Canada.
Mehta, S. S., T. F. Burks, W.E. Dixon,
2008. Vision-Based Localization of a Wheeled
Mobile Robot for Greenhouse Applications: A
Daisy-Chaining Approach. Computers and
Electronics in Agriculture, 63(1):28-37.
http://www.csbescgab.ca/docs/meetings/2010/CSBE101012.p
df (Erişim: Haziran 2012).
Noordam, J.C., J. Hemming, C. van
Heerde, F. Golbach, R. van Soest, E. Wekking,
2005.
Automated
Rose
Cutting
in
Greenhouses with 3D Vision and Robotics:
Analysis of 3D Vision Techniques for Stem
Detection. International Conference on
Sustainable
Greenhouse
SystemsGreensys2004, Acta Hort. (ISHS) 691:885892.
Longo D., A. Pennisi, G. Muscato, G.
Schillaci, L. Caruso, S. Balloni, 2011. An
Autonomous Multifunctional Electrical Vehicle
Able to Move inside Greenhouses Using
Artificial Vision Methodologies and Low Cost
Sensors.
XXXIV
CIOSTA
CIGR
V
Conference.Efficient and Safe Production
280
28. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013
RoTAM,
2013.
Robot
Teknolojileri
Uygulama Ve Araştırma Merkezi. Atılım
Üniversitesi.
in Greenhouses. Autonomous Robots, 13:
241-258.
Van Henten E. J., B.A.J. Van Tuijl, G. J.
Hoogakker, M. J. Van Der Weerd, J.
Hemming, J. G. Kornet, J. Bontsema, 2006.
An Autonomous Robot for De-leafing
Cucumber Plants grown in a High-wire
Cultivation System. Biosystems Engineering ,
94 (3):317–323.
http://kurumsal.library.atilim.edu.tr/pdfs/
100430-sunum.pdf
(Erişim: Mayıs 2013).
Sammons, P. J., T. Furukawa, A. Bulgin,
2005. Autonomous Pesticide Spraying Robot
for use in a Greenhouse. Australian
Conference on Robotics and Automation
(ACRA).
Van Tuijl, B. A. J., E. J. Van Henten, G. J.
Hoogakker, M. J. Van Der Weerd, J.
Hemming, J. G. Kornet, J. Bontsema, 2005.
An Information Based Systematic Design
Method for Robotics in Greenhouses. Acta
Hort. (ISHS) 691:859-866
http://www.cse.unsw.edu.au/~acra2005/
proceedings/papers/ sammons.pdf (Erişim:
Mayıs 2013)
Yağcıoğlu A., 2009. Sera Mekanizasyonu.
Ege Üniversitesi Yayınları, Ziraat Fakültesi
Yayın No:562. Ege Üniversitesi Basımevi,
Bornova, İzmir, 383 ss.
Sanchez-Hermosilla J., F. Paez, V.
Rincon, J.G. Donaire, 2012. Mechanical
Design and Development of an Electric Mobile
Robot for Agricultural Tasks in Greenhouses.
International Conference of Agricultural
Engineering, Spain.
Yıldız, E. 2009. Engelli Bir Alan İçinde
Otomatik Olarak Hedefini Bulabilen Bir Mobil
Robotun Tasarımı, İmalatı Ve Hareket
Algoritmalarının Geliştirilmesi. Yüks. Lis. Tezi
http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/
tabla_137_C0234.pdf
Pamukkale Üniv., Fen Bil. Enst., ElektrikElektronik Müh. Anabilim Dalı. 116 ss.
(Erişim: Mayıs 2013)
Singh, S. 2004. Autonomous Robotic
Vehicle for Greenhouse Spraying, MSc Thesis,
Univ. of Florida, Florida, USA., 90 pp.
TDK 2013. Türk Dil Kurumu, Güncel
Türkçe
Sözlük.
http://www.tdk.gov.tr/
(Erişim: Mayıs 2013)
Tekin A.B., 2013. Tarım Robotları. Hassas
Tarım
Teknolojileri
Çalıştayı
Sunumu.
22 Mayıs 2013, Antalya
TÜİK 2013.
Kayıtları.
Türkiye
http://www.tuik.gov.tr
10.06.2013)
İstatistik
Kurumu
(Erişim:
Ünal İ., 2012. GPS Yönlendirmeli Tarımsal
Bir
Robotun
Geliştirilmesi
ve
Anız
Yoğunluğunun
Blirlenmesi
Örneğinde
Kullanımı Üzerine Bir Araştırma. Doktora Tezi,
Akdeniz Üniv. Fen Bilimleri Enst. Tarım Mak.
Anabilim Dalı, Antalya 191 ss.
Van Henten, E. J., J. Hemming, B. A. J.
Van Tuijl, J. G. Kornet, J. Meuleman, J.,
Bontsema, E. A. Van Os, 2002. An
Autonomous Robot for Harvesting Cucumbers
281