自动电动拖拉机将AI带到现场- MATLAB和Simulink万博1manbetx - 万博1manbetx,s manbetx 845,万博尤文图斯

一款新型全自动电动汽车已经进入人们的视野，但它不是在高速公路上巡航，也不是在社区里行驶。你可以在野外找到这辆车。这台拖拉机正在努力工作，它为田地和葡萄园带来了人工智能(AI)驱动的智能技术，帮助农场走向绿色。

自动电动拖拉机提供了关于害虫和植物健康的见解，减少温室气体排放，节约资源。

抵达加州利弗莫尔(Livermore)的家族企业温特葡萄园(Wente Vineyards)的拖拉机是一辆智能、互联、零排放、完全自主的车辆。这款拖拉机就像牧羊犬一样，能按照指令自动驾驶，不会撞上障碍物。设计和建造君主拖拉机它使用机器学习和人工智能来分析车载摄像头和传感器的数据，并提供有关害虫、植物健康和其他对农业至关重要的问题的见解。抛弃柴油可以节省资金，减少温室气体排放，同时内置智能目标喷洒，以节约资源。这款紧凑的40至70马力拖拉机还可以用作远程电源。

农业进行流动性转型的时机早已成熟。根据政府间气候变化专门委员会的一份报告，该行业占全球人类活动产生的温室气体排放量的10%至12%。设计智能电动拖拉机需要一个敏捷的创业团队、对农业社区的深刻理解、基于模型的设计、强大的工具和毅力。

驾驶员可选的君主拖拉机。(图片来源:Monarch Tractor)

Monarch Tractor联合创始人兼首席执行官Praveen Penmetsa表示:“当你为工业自动化或制造业开发控制系统时，你可以控制90%到95%的变量。“在农业领域，我们控制了50%或更少。甚至比开车还少。没有固定的地图。”

恶劣环境工程

Penmetsa来自印度西哥达瓦里地区的一个稻农世家。他对机械工程的兴趣将他带到了美国，在那里他获得了辛辛那提大学的MSME学位，并继续专注于加利福尼亚州汽车工业的电气化和自动化。2015年我再次访问印度时，停电了。脑海中出现了电动汽车为家里供电的画面，但Penmetsa说他认为这太不和谐了。拖拉机似乎更适合这个场景。

“我们最聪明的工程师，那些研究人工智能算法的人，现在正坐在田野中间的一个集装箱里，日夜驾驶着一辆自动拖拉机工作。”
Praveen Penmetsa, Monarch Tractor联合创始人兼首席执行官

回到加州，Penmetsa试图将这个想法变成现实。他与自主系统专家Zachary Omohundro合作。很快，生产专家马克·施瓦格和葡萄栽培专家卡洛·蒙达维也加入了他们的行列。经验丰富的技术专家克里斯·惠特尼(Chris Whitney)后来成为这家初创公司的自动驾驶部门负责人。尽管两位联合创始人拥有汽车开发、人工智能、能源存储系统和农业方面的背景，但他们从未解决过这样的问题。2018年，这群人聚集在湾区，开始头脑风暴。

Penmetsa解释说，在某些方面，拖拉机的设计比汽车更复杂。它有一个12速变速箱和一个液压系统，适用于喷雾器和分蘖等各种农具，而且在崎岖的地形上容易翻车。

Penmetsa说:“即使是在原型阶段，我们也不能认为这些都是理所当然的。”他补充说，原型阶段是广泛的。“我们最聪明的工程师，那些研究人工智能算法的人，现在正坐在田野中间的一个集装箱里，日夜驾驶着一辆自动拖拉机工作。”

君主拖拉机清理植被与丛林猪旋转切割机。(图片来源:Monarch Tractor)

农业是一个特别有活力的环境，通常不会有大量的基础设施。网络连接时断时续，大片地区收不到手机信号，甚至卫星信号也收不到。自给自足也延伸到了充电领域。别指望在战场上有力量。

所有这些因素决定了拖拉机的设计和发展。Penmetsa说:“我们正在进行机动性、能源、液压、机械动力等方面的测试，当你面对这些非常复杂的系统时，如果你只坚持现场测试或模拟测试，那就很难了。”“我们真的需要所有这些系统同步。”

基于模型的设计帮助团队做到了这一点。Penmetsa认为提供创业公司的项目使用MATLAB^®和仿真软万博1manbetx件^®帮助Monarch Tractor让他们的首批拖拉机开始运行，开始用运载火箭测试架构，并迅速将首批拖拉机交付给农民。

软件的快速迭代带来了令人印象深刻的改进。例如，将车轮转弯半径收紧30%是作为软件特性实现的，而不是增量拖拉机原型。

Penmetsa补充说，因为Monarch是一家不到100人的初创公司，所以拥有帮助企业扩大规模的工具非常重要。“我们不选择基础设施沉重的工具或大足迹的工具。我们选择能够让我们快速开发和部署的工具，”Penmetsa说。

同步系统

彭梅特萨在一次农业博览会上看到一只农场狗自己有效地赶羊，这激发了他的灵感。如果一台拖拉机足够聪明，可以做这些工作呢?如果汽车也可以是电动的、可持续的，并将电力输出到动力配件呢?

同步拖拉机的所有系统(包括传感器、摄像头、照明和充电)并使其完全自动化需要大量的控制、大量的固件和先进的软件。同样重要的是:连接能力，使拖拉机能够在短期内提供即时效益，并在长期内将数据反馈给农民。

如果一台拖拉机足够聪明，可以自动把羊关在围栏里呢?如果汽车也可以是电动的、可持续的，并将电力输出到动力配件呢?

该团队使用MATLAB进行机器学习。每台拖拉机都会收集数据，并将其发送到安全的云端，Monarch的人工智能将在云端分析数据，以获得可操作的见解。Penmetsa举了一个相机图像的例子:“我们查看了所有的视觉数据，顺便说一句，这棵树有点不对劲，”他说。“你应该去看看。这是地点和有时间标记的图像。”他补充说，这棵树的变色是由于某种肥料可以处理的缺陷。

为电动汽车充电的拖拉机。(图片来源:Monarch Tractor)

在机械设计方面，Monarch团队从零开始创建了一个复杂的液压系统。借鉴飞行控制系统，他们开发了一个线控平台，以提高拖拉机的效率。“我们控制传动、转向和刹车，就像自动驾驶汽车一样，”Penmetsa说。“这个平台还可以控制汽车上没有的功能，比如汽车后部可以升降农具的三点挂钩。”

为拖拉机选择合适的硬件是至关重要的。工程师在硬件上进行A/B测试，权衡成本、可用性、性能和其他方面。他们想尝试两种电气控制单元(ecu)，一种配置更强，另一种具有价格优势。

Penmetsa说:“如今，许多ECU制造商意识到，每个人都在做基于模型的设计，所以他们支持Simulink。”万博1manbetx万博1manbetx“他们提供了所有的软件，让我们可以立即在他们的硬件上播放。我们选择的这个也支持空中闪烁，所以我们可以非常万博1manbetx快速地从Simulink环境一直到硬件，而不需要我们的人员跑到场地中间——尽管他们喜欢在那里。”万博1manbetx

在开发过程中，当一名工程师需要在尼日利亚远程工作几个月时，Monarch拖拉机团队就依赖于这种连接。“他仍然能够编写代码并将其部署到拖拉机上，我们有一个人在农场测试拖拉机，”Penmetsa说。“因此，它实际上让我们能够为自己演示技术，并将其用于开发。”

加快农业的可持续性

正如Monarch Tractor联合创始人所看到的那样，我们正在进入一个可持续农业的新时代。这种拖拉机具有减少排放和保护环境的能力。拖拉机安全喷洒系统的一个特点是，当遇到队列中突然出现的障碍时，车辆会完全停下来。当然，这就是自动驾驶汽车应该做的事情。但该功能与车辆平台和动力平台的集成意味着，该场景还会自动切断喷雾器的电源，并立即关闭。

“如果世界上其他地方的农民能得到我们的拖拉机，赚更多的钱，同时更可持续，为我们提供更有营养的食物，我认为这是一个三赢的局面。”
Praveen Penmetsa, Monarch Tractor联合创始人兼首席执行官

Penmetsa指出，拖拉机防止过度使用化学品的另一种方法是通过实时可视化数据分析。例如，在果园中，摄像头系统会识别出某行树上少了一棵树，并在拖拉机移动时发出信号，关闭该位置的喷雾器。然后，当拖拉机看到另一棵树靠近时，喷雾器再次启动。

Penmetsa说:“这些综合功能为农民节省了大量的材料。”“否则，你只是在喷洒你不想漂浮在环境中的化学物质和农药。”

给果园里的每棵树喷洒农药。(图片来源:Monarch Tractor)

他继续说，农业的可持续性是一件大事。“你可能会说，‘我为什么在乎?“你应该关心，因为你的食物来自那里。如果过度使用农药，或者我们的食物生态系统不可持续，就会影响地球的健康，影响你盘子里的食物。”

该公司的第一辆Pilot系列拖拉机于2021年4月部署在温特葡萄园，比预期的要早得多。除了拥有加速设计和开发的工具外，Monarch拖拉机还得到了加州空气资源委员会的农业替代措施减排(FARMER)计划的支持，这是一项由当地空气部门管理的全州倡议。万博1manbetx该项目为降低温室气体排放的农业操作设备提供资金。

自首次在加州推出以来，Penmetsa已经接到了来自印度、法国、意大利、西班牙、挪威、英国、澳大利亚和新西兰农民的电话，他们都表达了兴趣。

“如果世界其他地方的农民能得到我们的拖拉机，赚更多的钱，同时更可持续，为我们提供更有营养的食物，”他说，“我认为这是一个三赢的局面。”