ロボットで牛を搾乳し、その上で産業スタートアップを作る方法。 R-SEPT開発履歴

2017年、産業酪農場で牛の搾乳をロボットで行うというスタートアップに関する非常に興味深い話がメディアで聞かれました。 同社はR-SEPTと呼ばれ、その後1,000万ルーブルの投資を受けました。 しかし、1年が経過し、次に何が起こったのかというニュースはありません。 スタートアップの創設者であるアレクセイ・ハフノフに連絡し、開発について話しました。 彼のチームは丸1年、ロボットのプロトタイプを思い浮かべ、わずか1週間前に農場で最初のフィールドトライアルを実施しました。

カットの下には、親農場で育ったロボット学生が大学の卒業証書を産業スタートアップに変え、友人と一緒に最初のマニピュレーターを集め、農業ロボット工学の国家プログラムのレベルに行った方法の物語があります。 まあ、そして最も重要なこと-ロボットとマシンビジョンの鉄の腕は、生きているミルクメイドよりも優れています。



アレクセイ・ハクノフ

今週、ロボットを農場に置き、彼らのために最初の牛を搾乳しました。 すべてがとても楽しかったです。 私たちの家族には、以前私が働いていた酪農会社があります。 クズミノの村、セルギエフ・ポサド地区にあります。 そこには1500頭の牛がいます。 これは大企業です。

私はロボット工学の教育を受けました。 当然のことながら、戦いで理論的な知識を使用するためにitい手。 酪農分野でのロボット工学の状況を見て、興味深い結論に達しました。 既存のロボットはすべて、そして現在3つの主要メーカーがヨーロッパで作成されており、アメリカまたはロシアの市場はそれとは大きく異なります。 ヨーロッパでは、最大200頭の牛を飼育する小さな家族農場が一般的です。 ロシア、中国、アメリカでは非常に大きい。 約5万頭の牛がいる企業があります。 同時に、ヨーロッパでは、農場の40％がロボットであり、他の市場では、ロボット化は1％を超えていません。 そして問題は、小さな農場用に作られたロボットが大きな農場の現実に適合していなかったことです。

ヨーロッパでは、農夫は自分で搾乳し、すべてを与え、給餌します。 朝5時か6時に初めて乳を搾ります。 これは複雑なプロセスです-本当に複雑です。 農民の痛みを軽減するために、彼らはこれに対処するのに役立つロボットを思いつきましたが、経済的な利益は提供しません。 農民にとってそれを簡単にするためだけに必要です。 そして、利益を上げるには大企業が必要です。 ロボットのコスト、生産性、保守性などは、多数の業界標準を満たす必要があります。

ほとんどすべての既存のロボットは獣医を思い付きました。 彼らは牛の扱い方をよく知っていましたが、彼らのデザインの多くは完璧ではなく、冗長で、多くの明らかな欠陥がありました。

私たちは、既存のものよりも安価な工業デザインのロボットを作成することを決定しましたが、ロボット工学の分野から最新の技術を持ち、牛とのすべての経験を考慮に入れます。 目標があります-それは実現するために残っています。

搾乳ロボット

農場での現代の慣行によれば、牛には特定の固定された場所がありません-わずか100〜200頭の牛が庭を歩き回り、屋台に横たわり、いつでも食事をすることができます。 ロボットは同じサイクルに配置され、牛は自分自身でそこに来ます。

牛の食事は非常に多くの成分で構成されています。 しかし、彼女にとって最も楽しいのは複合飼料です。 それはちょうど男性の甘さのようなものです。 牛をロボットに追い込むために、彼らは通常は複合飼料を与えませんが、ロボットでのみ与えます。 私たちがこれをするまで、乳牛を搾乳する通常の動機はありませんでした。 彼らはこれからストレスを経験しました。

ロボットは、本質的に単一の密閉されたストールです。 2つのドアがあります。 1つは牛が出るときに開き、もう1つは次の牛を起動して閉じます。



人々が伝えたいと思う神話が1つあります。おそらく、牛乳は牛乳作りの人に搾乳されるのが大好きだということです。 strokeでられて、愛されて、それから彼女はたくさんのミルクを与えます。 実際、これは絶対にでたらめです。 牛が愛する唯一のものは、ストレスの欠如と絶対的な再現性です。 牛に毎日同じ食事を与え、同じ時間に同じ時間に搾乳し、同じ量の水を与え、できれば同じ温度に維持し、周囲に大きな騒音がない場合、牛は快適であるため、最大量の牛乳を与えます。 外的要因が現れるとすぐに、ミルクが少なくなります。 ロボットのコツは、時々まったく同じ操作を実行することです。

牛が入り、食べ物が与えられます。 マニピュレーターアームは牛の下に配置されます。 搾乳用グラスがあります。 最初にそれがきれいにされ、次に最初の細​​流が搾り出されて、乳牛がホルモン供給のホルモンプロセスを開始します。 これらの細流が分析されます-牛に病気があるかどうか、すべてが順調であるかどうか。 30分後、搾乳プロセス自体が始まります。



手が乳首カップを取り、乳房の乳首に持っていきます。 内部には心拍数モニターがあり、特定の周波数で陰圧をオンまたはオフにします。 そして、ミルクは吸い始めます。

占有をチェックするセンサーがあります。 ミルクの供給が低下すると、牛は搾乳されます。 搾乳カップをオフにし、乳房に特別な解決策を適用し、乳房を「閉じます」。 搾乳後、牛は牛乳チャネルを開き、感染がそこに到達することは不可能です。 ヨウ素を含む溶液はそのままで保存されます。

誰もロボットを制御しません、彼は彼の人生を生きます。 彼は眼鏡がどこにあるかを知っています-それらは常に一箇所にあります。 次はコンピュータービジョンです。 ロボットには、高頻度で3次元画像を受信するカメラがあります。 アルゴリズムは、乳首がある画像を探しています。

グレースケールの画像はすべて無色で、黒から白までのスペクトルです。 カメラは1秒間に30回、周囲の状況を420〜340のかなり低い解像度で撮影します。最初の段階では、乳房の乳首が画像のどこにあるかをマークした人を植えました。 最初に、乳首全体が位置する場所をセグメント化し、次に、最も極端な低い点が位置する場所をセグメント化しました。



私は多くのデータを収集する必要がありました-私たちは数千頭の牛を撃ちました。 まず、畳み込みネットワークはボリュメトリック画像に使用されましたが、畳み込みがそれらから学習することは非常に困難です-膨大な量のデータが必要です。 そのため、彼らはフラット画像上の標準的な検出に移行し、PyTorchはフレームワークとして採用されました。

開発履歴

私の両親は獣医師であり、長い間集団農場で働いていました。 最初に、私の父は企業の副所長になるように申し出られて、それから近所で会社を率いて、それを発展させました。 私たちの家族には、集団農民は職業ではなく心の状態であるという冗談があります。 3月から10月まで、作業は午前5時に始まり、夜9時に終了します。 とても難しいです。 何かが24時間発生します。

農業は曖昧な産業であり、金銭的負担が大きいとは言えません。 私は自分自身を農民とは見ていませんでした。 兄と私がヨーロッパのさまざまな企業に行ってロボットを分析したとき、彼らの世代に関する話に驚きました。 彼らが次のように言ったとき、それは特に面白かったです。 順調に成長しています。 私たちは60頭の牛を飼っていましたが、70頭になりました。開発中です！」私の父が2千分の1で企業を買収したとき、100頭の牛がいました。 今では1000年半があり、誰もがこれが十分な成長かどうか疑っています。

私はモスクワ地方のセルギエフ・ポサド地区にある体育のトップクラスの学生の1人で勉強しましたが、間違いなく技術者にならなければなりませんでした。 プログラミングが本当に好きでした。 物理学と数学の主な言語はPascalとDelphiで、私はC ++を少し知っていました。 今はわかりませんが、Pascalで多くの興味深いことができました。 9年生のとき、先生は次のように語っています。「教室でゲームをプレイするのは、自分で書いていない場合のみ禁止です。」 そして、私たちは一年にいくつかを書きました。 最初にヘビを作り、次に戦車を作り、ネットでプレイできました。

大学に入学する前に、MIPT、バウマンカといういくつかのオリンピックを書きました。 どこでもできて、選ぶしかありませんでした。 私は大学にあるすべての専門分野のリストを開いて読んで、とても退屈になりました。 基本的なことはやりたくありませんでした。もっと練習に集中したかったのです。 MIPTまたはMSUではなく、バウマンカで選択が徐々に行われました。

ロボット工学は完璧な組み合わせのように見えました-物理的な何かを作成しますが、コードを書いて、それが現実の世界にどのように存在するかを見ることができます。 残念ながら、ロボット教育はかなり弱いです。 システムレベルでは機能しません。 21世紀の1冊の書籍ではなく、参考文献のリストが提供されると、意欲が失われます。 私たちは、熱と妥協の観点から問題を設計、解決することを教えられました。 そして、実際のロボット工学は私たち自身によって教えられなければなりませんでした。

卒業証書を作成したとき、普通の文章を書くのはつまらないと判断し、後で使用できるものを選択する必要があります。 昨年のこの時点で、プロジェクトを開始しました。 防衛後、彼らは友人の小さなチームを集めさえしました。 誰かが回路に従事し、誰かがプログラミングをしていました。 たくさんの名物を集めて、最初のバージョンを作り始めました。



本からのアイデアに触発され、彼らはモスクワの外のどこかに家を借りて、夏の間そこに住み、仕事をすることが必要であると決めました。 それはひどいアイデアでした！ 1つの場所に住んでいる6人の男は、周りで起こっていることをあまりうまくフォローしていませんが、本当にたくさん働いています。

それは温床だった...すべての行に。 アークが人気を博した面白い瞬間を覚えています。 2人の開発者が座っている部屋を開くと、そこには何も見えず、何もありません！ 入って考えてみてください、でもここに人はいますか？

この夏、マニピュレーターの非常に最初のスケッチを作成しました。 最初の詳細がいくつか作成されました-図面を収集して、製造現場で注文しました。 もちろん、非常に経験の浅いデザイナーがいる前に、私たちは100万のミスを犯しました。 今、彼らはロボティクスの専門家を見つけ、ガレージイニシアチブグループから、製品が業界標準とロボティクスの最新の要件を満たしている会社に移行し始めました。



プロジェクト内では、すべてが独自の仕様を備えており、既存の製品は私たちに適していないため、非常に低レベルのことでも自分で行います。 牛を搾乳するために、既存の標準的な工業用6度マニピュレーターを使用することはできません。 それらは私たちの設計にとって冗長であり、非常に高価です。 現在、4つの自由度があります。 また、産業用マニピュレーターよりも10倍も安価です。

低レベルのプログラミングですべての回路、すべてのマイクロプロセッサ、すべての設計およびソフトウェア部品を独自に作成します。 私たち自身は、センサー、エンジン、その他の同様のものがなければ生産しません。

給餌ロボット、カルーセル、機械学習の食料

もっと深く潜り始めたとき、単一の搾乳ロボットでは農場のすべてのニーズを閉じることができないことに気付きました。 そのため、さらに2つの製品が追加されました。

フィードプッシャー



牛を農場に配置するとき、彼らはヘッドホルダーを通して食事をします-彼らは彼らの頭を前に突き刺します-彼らが餌を持っている場所に。 しかし、生理学では、ヘッドホルダーが動きを制限しているため、常にそれを押し戻して停止します。 彼らは1メートルの餌を持っていることがわかります-彼らは30-40 cmを食べ、さらに60は手の届かないところにあります。

通常、人は雪かきで歩き、すべてを後方に移動します。 しかし、人は忘れる、怠ける、悪いことをする能力を持っています。 この瞬間の牛はあまり食べ始めません-これは悪いです。 このために、彼らはこのタイプのロボットを思いついた。

しかし、再び、ほとんどがヨーロッパで作成されました。 そこでは、1ヤードまたは同じ部屋で動作するように設計されています。 大企業では、多くのヤードがあり、通常は3〜5つの大きな農場が近くにあり、さまざまな方法で組み合わされています。 掃除機のようなフィードプッシャーは、その経路に沿って移動し、充電ステーションに戻ります。



これを費用対効果の高いものにするためには、1台のロボットが複数のヤードに対応する必要があります。 特別なフィーダーを考えて導入することも高価で困難です。 第一に、大規模な修理を行う必要があるため、農場の転換には費用がかかります。 第二に、ヤードでは多くの空きスペースが必要です-少なくともトラクターが通過するには。 したがって、ロボットはシンプルでシームレスなソリューションです。

カルーセルロボット化



通常、カルーセルと呼ばれる特別な搾乳パーラーがあります。 これは、20〜40頭の牛が立つ巨大な雄鶏です。 ゆっくりと回転し、円の中にオペレータがいます。 最初に、彼らは乳房をきれいにし、装置を装着して取り外します。 しかし、彼らはそれを非常にゆっくりと行い、カルーセルはしばしばアイドル状態です。

現在、これらのカルーセルをロボットのカルーセルに完全に置き換えることは不可能です-非常に高価です。 あらゆる種類のカルーセルに取り付けることができるマニピュレーターを作成します。これにより、大幅に加速されます-30％。 すでにこの加速により、農場の家畜の数と牛の数は大幅に増加する可能性があります。

ダイエット研究



現在、彼らはバランスの理論に従って牛に餌を与えようとしています。 牛乳1リットル当たりの各牛には、一定量の栄養素、キロジュールのエネルギー、タンパク質、脂肪が必要です。 しかし、絶対に各牛の特性を考慮に入れていません。 身長80メートルの中年男性として一人一人に食事を与えるのと同じです。まるで皆が同じ代謝を持っているかのように。

私たちは、さまざまな成分に対する牛の反応、与えられた牛乳の量、およびその品質を分析するシステムを作成しています。 これに基づいて、すべての成分の現在の正しい食事を収集します。

私たちは単に、牛が以前にどのように給餌されたか、各成分がどのようなエネルギー値を持っているかについて、最大限のインプットを取ります。 私たちは、乳量を最大にするためではなく、企業の収益性を最大にするために食事を作ろうとしています。 各コンポーネントには独自のコストがあり、さらに1リットルのコストがわかっているため、牛が大量の牛乳を与えるときにバランスを取りたいと考えていますが、そのコストは非常に低いです。

牛は1年に最大13000リットルを与えます。 しかし、このような搾乳では1リットル、たとえば25ルーブルかかります。 8500万リットルの配給量を構成する場合、原価は約12ルーブルになる可能性があり、乳量を最大化したバージョンよりもマージンが大幅に高くなります。 バランスを見つけるにはモデルが必要です。

しかし、テストには簡単に考慮されない制限があります。 牛は、小麦などの分解の原因となる酵素を胃で生成するため、牛を除去したり、コンポーネントをすばやく追加したりすることはできません。 また、新しいコンポーネントは、突然導入しても最初は消化されません。 ところで、人間では、同じように機能します。 同じ食べ物を食べるとき、私たちはそれをとてもよく消化します。

投資と政府の態度

その時、私は自分の資金を持っていました。 私たちは最初にそれらに住んでいました。 これらは非常に暗い時期でした。 給与をまったく支払えないこともありました。 ある男は車の貸し出しをしていて、その月の初めに私は彼にカードで12,000を投げて銀行に支払いました。 それがお金を引き付けることが判明し、私たちはスコルコボのStatrtup Villageのファイナリストになりました、それは簡単になりました。

同時に、私は白い給料を払おうとしたので、私たちはスコルコボの住民になりました。 Skolkovoはこれに対して税制上の優遇措置を与え、さらに助成金を取得したいと考えました。 しかし、ある種のギャップがあります。 Skolkovoで最初の製品の助成金を受け取るには、製品にすでにお金が必要です。 お金がなくてやりたいという願望があるときにこれを克服する方法は理解できません。

今、ロボットの販売を開始するまでに少なくとも6か月は残っていると思いますが、これはすべて実用的なビジネスに変わります。 この用語は、鉄での作業の詳細に関連付けられています。 長い生産サイクル、テスト、認証があります。 しかし今、私たちはすべての最大の農業保有、これらの農業保有のすべての頭をよく知っており、すべての人と接触しています。 深刻な問題が発生しないことを望みます。

もちろん誰もが保守主義です。 しかし、ここでは、伝えるのではなく、見せることが必要です。 したがって、私たちは私たちの場所で最初の中庭をやっているので、手で取って、これがロボットであり、これが搾乳方法であり、これが経済であることを示すことができます。

私たちは、プロジェクトに対処するための多くの前提条件があると信じています。 1つ目は政府の支援です。 ロボットには助成金が支給されており、リース、多くの税制があります。 州は農業ロボットへの移行をサポートしています。 あなたが自分でロボットを購入してインストールできるように、州がほぼすべてを行うプログラムがあります。

問題は、人々が村に住みたくないということです。 村は生活の場として完璧ではありません。そこに通常のインフラストラクチャを構築することは不可能です。 ロボット化は方法です。

もちろん、会社に20台のロボットがある場合、それらを修理する専門家もいます。 ロボット化は仕事をきれいにせず、企業の効率を高めます。 通常、搾乳に従事していた従業員の代わりに、ロボットと対話する従業員が現れます。 私たちは、ロボットを使用する方法を人々に教える部門を開設したいいくつかの良い農業大学を選択しました。 つまり、ロボットの販売とともに、人々に仕事を提供します。

私の両親はすべての最大の懐疑論者であり、同時に最大の支援者でもあります。 以前は、彼らが私に何を求めていたとしても、私が何をしていたとしても、すべてのミーティングとミーティング—ビジネスでの仕事は奇妙で、実際にはミーティングだけで構成されています。 最初、彼らはそれについて冗談を言った。 しかし、会議の深刻さのレベルは高まり、私たちが出会った人たちはよりクールで真剣になりました。 そして、徐々に懐疑論は消えました。 すべてがうまくいくという自信だけがありました。