หุ่นยนต์สำหรับตรวจวัดและปรับสภาพดินอัตโนมัติ

(An autonomous intelligent robot for soil sampling and reclamation)

การตรวจสอบดินจะทำให้เกษตรกรทราบว่าคุณสมบัติบางประการของดินที่เกี่ยวข้องกับความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารพืช และทราบถึงระดับธาตุอาหารพืชที่มีอยู่ในดิน ทำให้เกษตรกรสามารถจัดการดินได้อย่างเหมาะสม เพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากดินเพื่อการปลูกพืชได้อย่างถาวร เมื่อมีการปลูกพืชลงบนดิน ย่อมมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณของธาตุอาหารต่างๆ ที่มีอยู่ในดิน เนื่องจากในขณะที่พืชมีการเจริญเติบโต พืชจะดูดดึงธาตุอาหารในดินไปใช้และเก็บสะสมไว้ในส่วนต่างๆ ได้แก่ ใบ ลำต้น ดอก ผล จนถึงเวลาเก็บเกี่ยวผลผลิตและนำออกไปจากพื้นที่ ธาตุอาหารที่สะสมอยู่เหล่านั้นย่อมถูกนำออกไปจากพื้นที่ด้วย นอกจากนี้ธาตุอาหารบางส่วนยังเกิดการสูญหายไปในรูปก๊าซ ถูกดินหรือสารประกอบในดินจับยึดไว้ บางส่วนถูกชะล้างออกไปจากบริเวณรากพืช หรือสูญเสียไปกับการชะล้างพังทลายของดิน ดังนั้นการเพาะปลูกพืชติดต่อกันเป็นระยะเวลายาวนาน โดยไม่มีการเติมธาตุอาหารลงไปในดิน ย่อมทำให้ความอุดมสมบูรณ์ของดินลดลง และในที่สุดดินจะกลายเป็นดินไม่ดี ปลูกพืชไม่เจริญเติบโตอีกต่อไป ในการปลูกพืชจึงต้องมีการใส่ปุ๋ยเพื่อบำรุงดิน ช่วยเพิ่มธาตุอาหารพืชและคงระดับความอุดมสมบูรณ์ของดินไว้อยู่เสมอ  ซึ่งปัจจุบันก่อนปลูกพื้นของเกษตรนั้นไม่ค่อยให้ความสำคัญต่อการปรับหรือเพิ่มแร่ธาตุอาหารก่อนการเพาะปลูกจึงทำให้ผลผลิตนั้นได้น้อยกว่าความเป็นจริง หรือถ้าทำการปรับเกษตรส่วนใหญ่มักจะหว่านหรือพ่นสารอาหารโดยไม่มีการศึกษาข้อมูลว่าจำเป็นต้องพ่นหรือหว่านสารอาหารมากน้อยเพียงใดถึงจะเพียงพอกับพื้นที่นั้นๆ นอกเหนือจากนี้ การเก็บตัวอย่างดินมาตรวจสอบนั้นใช้เวลาค่อนข้างนาน และต้องใช้คนจำนวนมากในการเก็บตัวอย่างในพื้นที่กว้างๆ ซึ่งนั้นจะทำให้เพิ่มต้นทุนการผลิตได้

การออกแบบและสร้างหุ่นยนต์ต้นแบบอัจฉริยะสำหรับตรวจวัดและปรับสภาพดินอัตโนมัติ เพื่อความแม่นยำในการปรับสภาพสารอาหารในดินก่อนทำการเพาะปลูกซึ่งหุ่นยนต์ หรือ โรบอต (robot) คือเครื่องจักรกลชนิดหนึ่ง มีลักษณะ โครงสร้างและรูปร่างแตกต่างกัน หุ่นยนต์ในแต่ละประเภทจะมีหน้าที่การทำงานในด้านต่าง ๆ ตามการควบคุมโดยตรงของมนุษย์ การควบคุมระบบต่างๆ ในการสั่งงานระหว่างหุ่นยนต์และมนุษย์ สามารถทำได้โดยทางอ้อมและอัตโนมัติ โดยทั่วไปหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นเพื่อสำหรับงานที่มีความยากลำบาก ปัจจุบันเทคโนโลยีของหุ่นยนต์เจริญก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว เริ่มเข้ามามีบทบาทกับชีวิตของมนุษย์ในด้านต่าง ๆ และมีการนำหุ่นยนต์มาใช้งานมากขึ้นในปัจจุบัน เช่น ด้านอุตสาหกรรมการผลิต หุ่นยนต์ที่ใช้ในทางการแพทย์ หุ่นยนต์สำหรับงานสำรวจ หุ่นยนต์ที่ใช้งานในอวกาศ ซึ่งแตกต่างจากเมื่อก่อนที่หุ่นยนต์มักถูกนำไปใช้ ในงานอุตสาหกรรมเป็นส่วนใหญ่ จนกระทั่งในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้หุ่นยนต์นั้นมีลักษณะที่คล้ายมนุษย์ เพื่อให้อาศัยอยู่ร่วมกันกับมนุษย์ ให้ได้ในชีวิตประจำวัน ฉะนั้นการนำหุ่นยนต์มาใช้ในการปรับสภาพดินจะทำให้เกษตรกรประหยัดแรงงาน ต้นทุนการผลิต และเพิ่มผลผลิตได้เป็นอย่างดี

การออกแบบและสร้างหุ่นยนต์ต้นแบบอัจฉริยะสำหรับตรวจวัดและปรับสภาพดินอัตโนมัติ โดยหุ่นยนต์อัจฉริยะสำหรับตรวจวัดและปรับสภาพดินอัตโนมัติต้นแบบ มีเปอร์เซ็นต์อัตราการลื่นไถลของหุ่นยนต์ พื้นคอนกรีต 4.1% แปลงทดสอบ 6.25% แปลงมันยกร่อง 13% และความสามารถของหัวเจาะที่ความลึก 10 เซนติเมตร ดินทราย 92% แปลงทดสอบ 100% ดินร่วน 96%

จากการทดลองพบว่า หุ่นยนต์สามารถทำงานได้ดีโดยมีประสิทธิภาพ สามารถขับเคลื่อนในแปลงยกร่อง ที่มีขนาดความกว้าง 70 เซนติเมตร และสามารถเจาะเพื่อตรวจวัดสารอาหารในดินที่ความลึก 10 เซนติเมตร โดยสภาพของพื้นที่ที่ทำการทดสอบ มีผลตรงต่ออัตราการลื่นไถลของหุ่นยนต์ หากพื้นที่มีความขรุขระมาก หุ่นยนต์ก็จะมีอัตราการลื่นไถลของหุ่นยนต์มาก และเมื่อทำการเจาะ ค่าความแข็งของดินมีผลต่อเวลาที่ใช้ในการเจาะ เพราะเหตุผลนี้จึงสามารถสรุปได้ว่า สภาพพื้นที่ของแปลงยกร่อง และค่าความแข็งของดินในแปลงทดสอบ มีผลโดยตรงต่อเวลาที่ใช้ในการทำงาน

ข้อมูลอ้างอิง

1. Guo Feng; Cao Qixin and Nagata Masateru Fruit Detachment and Classification Method for Strawberry Harvesting Robot
2. Kawamura N., Namikawa K., Fujiura T., Ura m., Study on agricultural robot (Part 1). Journal of the JSAM .46(3), 353-358.
3. Kondo N., Ting K.C., Robotics for Bioproduction Systems, edited by N. Kondo and K. C. Ting, St. Joseph, Mich.: ASAE, 1-274.
4. Kondo N., Monta M., Noguchi N., Agri-Robots (II) –Mechanisms and Practice-, Corona Publishing Co., Ltd., Tokyo: 1-223
5. Rajendra P., Kondo N., Ninomiya K., Kamata J., Kurita M., Shiigi T., Hayashi S, Yoshida H., Kohno Y., Machine Vision Algorithm for Robots to Harvest Strawberries in Tabletop Culture Greenhouses, EAEF 2(1), 24-30 (2009).
6. ทวีศักดิ์ ศรีช่วย, ดร.เกียรติศักดิ์ แสงประดิษฐ์. “SolidWorks 2013 Handbook”, กรุงเทพมหานคร, สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุ่น), 428 หน้า
7. สถาบันวิจัยพืชไร่. 2537. เอกสารวิชาการการปลูกพืชไร่. กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ กรุงเทพฯ. 180 หน้า
8. Brixius, W. W., and R. D. Wismer. The role of slip in traction. ASAE Paper No. 781538. St. Joseph, Mich.: ASAE
9. Dwyer, M. J. The tractive performance of wheeled vehicles. J. Terramechanics 21(1): 19-34.
10. ASAE Standards. 2001 EP542. Procedures for using and reporting data obtained with the soil cone penetrometer. St. Joseph, Mich.: ASAE.
11. ดร. ชูชาติ สันธทรัพย์ การใช้ชุดตรวจวิเคราะห์ดินห้องปฏิบัติการกลาง คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

บทความโดย

1) ผศ.ดร. เกียรติศักดิ์ แสงประดิษฐ์

2) ว่าที่ ร.ต. จุลพงศ์ พฤกษะศรี