Состояние и перспектива развития мехатронных систем в сельском хозяйстве | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Елизарова А. В., Елизаров В. В., Устинов Н. Н. Состояние и перспектива развития мехатронных систем в сельском хозяйстве // Молодой ученый. — 2016. — №27. — С. 73-75. — URL https://moluch.ru/archive/131/36601/ (дата обращения: 21.10.2018).



В статье рассматриваются основные положения и роль мехатроники на производстве в сельском хозяйстве. Выполнен обзор актуальных и перспективных мехатронных систем для использования в сельском хозяйстве. Отмечается, что использование научно-технических достижений в области мехатроники открывает новые возможности по решению многопрофильных задач, а также ставит человека в зависимость от технических средств.

Ключевые слова: мехатронные модули, автоматизация, сельское хозяйство

Центральное звено современного АПК России — сельское хозяйство. Сельское хозяйство является одной из наиболее важных отраслей экономики любой страны. Перечень продуктов сельскохозяйственной отрасли обширен: овощей и фруктов, поставляемых на прилавки магазинов, комбикормов, предназначенных для кормления животных, до сырья, использующегося в различных отраслях промышленности. Организация Объединенных Наций опубликовала прогноз населения нашей планеты к 2050 году, согласно которому население Земли увеличится на 2,5 миллиарда человек и составит 9,1 миллиардов человек. [1] Поэтому для удовлетворения такого спроса производство сельскохозяйственной продукции должно увеличиться на 25 %.

Сельское хозяйство — это серьезный бизнес каждой страны, поэтому необходимо своевременно осуществлять процесс внедрения и использования мехатроники и робототехники в этой области.

В настоящее время ни один из разработанных прототипов агропромышленных роботов, созданных в различных странах, еще не функционирует на полях и фермах. Все модели пока являются опытными или в лучшем случае мелкосерийными образцами.

В будущем роботы будут использоваться для выполнения большинства задач — от посева и подкормки до применения химикатов.

Необходимо разрабатывать агропромышленные роботы, оснащенные: специальными средствами передвижения, оказывающие минимальное давление на почву; специализированными захватными устройствами; алгоритмами управления; сенсорами повышенной чувствительности в пыле- и влагозащитном исполнении. Агропромышленный робот должен быть оснащен искусственным интеллектом и системой технического зрения. Также актуальной проблемой роботов в сельском хозяйстве является их надежность, следовательно, структура робота должна включать систему самодиагностики.

Одной из перспективных разработок, находящихся на этапе исследований и испытаний, является автономный полевой робот BoniRob компании Amazone [2]. BoniRob, предназначен для экспериментов по обработке отдельных растений, который компания AMAZONENWERKE разрабатывает совместно с техническим институтом Оснабрюка, компанией Robert Bosch GmbH и другими партнёрами, создаёт новую основу для применения таких автономных систем в сельском хозяйстве. На протяжении 120 лет Amazone являеться одним из лучших партнёров немецких фермеров в области сельского хозяйства [4].

Если до сих пор испытания полевых роботов проводились с использованием навигации по рядам, то полевой робот BoniRob имеет самостоятельную систему навигации, для начала — на небольших опытных растениеводческих полях. На них он может не только определять GPS-координаты отдельных растений, но и составлять карты проведённых работ и подготавливать необходимую документацию. Таким образом, BoniRob значительно ускоряет труд растениеводов, собирая при помощи специальных камер и датчиков данные об отдельных растениях и создавая большую статистическую базу. Технология использования полевых роботов позволяет выполнять эти задачи намного быстрее и эффективнее, чем это делает человек или любая из применявшихся до сих пор технологий.

В ходе исследовательского проекта, поддерживаемого BMELV/BLE, для начала созданы два самоходных робота BoniRob, предназначенные для работы на опытных кукурузных и пшеничных полях. Для навигации полевой робот BoniRob оснащается системой GPS с датчиками; сенсорная агротехника функционирует с использованием технологий спектральной фильтрации изображений (Spectral Imaging). Конструкция ходовой части с независимым приводом колёс даёт массу возможностей, например, дорожный просвет, регулируемый в диапазоне от 40 до 80 см, ширина колеи от 75 до 200 см и устройство быстрой замены сенсорной техники.

После успешного исследовательского проекта BoniRob стартует разработка двух новых проектов [3].

При этом используется и модернизируется концепция гибкого полевого робота. AMAZONE концентрируется на разработке универсальных платформ роботов, которые могут быть использованы различным образом. Наряду с большими сложностями в создании роботов, пригодных для работы на поле, нужно дополнительно создать механический или электрический разъём, позволяющий подсоединять различные орудия. Тем самым, робот можно комбинировать с различными приложениями, подобно тому, как орудие агрегатируется с трактором. В отличие от трактора приложения полностью регулируют действия робота и, тем самым, автономно функционируют как единое целое.

Исследовательский проект «RemoteFarming.1» проводится AMAZONE совместно с Bosch и университетом Оснабрюка и заключается в механическом регулировании с помощью робота численности растений в биовозделывании моркови. Здесь речь идёт о системной интеграции BoniRob в экологическое земледелие. При этом робот оснащен механизмом для регулирования численности сорняков. Целью является обнаружение роботом — за счёт комплексной обработки изображения, а затем и привлечения человека для обработки изображения на рабочем месте у монитора — технических культур и сорняков как таковых. При этом полевой робот должен работать при наличии возмущающих воздействий и переменных условий — такой автоматизированной обработки изображения нет на рынке до сих пор. Этот проект осуществляется в рамках поддержки инноваций федеральным министерством питания, сельского хозяйства и защиты потребителей совместно с управлением сельского хозяйства и питания в качестве инициаторов проекта.

В рамках исследовательского проекта «SmartBot», поддерживаемого со стороны INTERREG IV A, исследуется детальный проект «AgroBot» с целью развития аграрных роботов с базовой технологией. При этом AMAZONE занимается разработкой платформы роботов, а также является партнёром по разработке приложений для химической обработки сорняков, борьбы с проросшими клубнями картофеля прошлого года и измерения плотности почвы.

В целом, необходимо отметить, что элементы мехатроники в виде отдельных модулей и систем нашли весьма широкое применение в различных отраслях производства, в том числе в аграрном секторе.

Данная отрасль производства в животноводстве представлена технологическими комплексами и линиями по первичной обработке и упаковке продукции сельскохозяйственного производства. Автоматизация используется в линиях сбора, транспортировки и первичной обработки молока — доильных установках, а также сбора, удаления и утилизации продуктов жизнедеятельности животных — навоза, фекалий, мочевины.

Мехатронные модули используются в составе кормоцехов — при приготовлении кормов и их последующей раздачи. Здесь важен контроль температуры при термической обработке корма, длины реза или величины измельчения.

В растениеводстве мехатронные модули используются, преимущественно, в точном (прецизионном) земледелии — в системах точного вождения сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов и самоходных машин, а также управления их отдельными рабочими органами. Широко используются системы автоматического управления на дозирующих устройствах (форсунках, заслонках и т. д.) сельскохозяйственных машин для внесения различного рода удобрений и средств химической защиты растений.

Исполнительные механизмы, как правило, оснащены следящими приводами, функционирующими в комплексе с первичными преобразователями сигнала (датчиками), работающими на различных физических принципах — давление, сила, светочувствительность, спектральный анализ — в зависимости от специфики выполняемого технологического процесса и критериев оценки качества его выполнения.

Системы автоматического управления используются, в той или иной степени, во всех основных технологических процессах производства продукции сельского хозяйства и на различных этапах их выполнения. В дальнейшем мехатронные машины и системы будут объединяться в мехатронные комплексы на базе единых интеграционных платформ. Цель создания таких комплексов — добиться сочетания высокой производительности и одновременно гибкости техникетехнологической среды за счет возможности ее реконфигурации, что позволит обеспечить конкурентоспособность и высокое качество выпускаемой продукции на мировых рынках. В современных мехатронных системах для обеспечения высокого качества реализации сложных и точных движений необходимо применять методы интеллектуального управления. Для создания интеллектуальных систем необходимо обеспечить гибкое взаимодействие компонентов внутри системы и с окружающим миром.

Литература:

  1. Организация объединённых наций [Электронный ресурс] / http://www.un.org/ru/index.html
  2. Полевой робот BoniRob закладывает основы сельскохозяйственной техники будущего [Электронный ресурс] / Amazone [сайт]. — Режим доступа: http://www.amazonevoronezh.ru/new/polevoj_robot_bonirob_zakladjvaet_osnovj_selskohozyajstvennoj
  3. Полевой робот BoniRob [Электронный ресурс] / Amazone. Go for innovation 2014 [сайт]. — Режимдоступа: http://go.amazone.de/index.php?lang=9&news=26
  4. Компания Amazone [Электронный ресурс] / http://www.amazone-voronezh.ru/about.html
Основные термины (генерируются автоматически): сельское хозяйство, AMAZONE, система, исследовательский проект, полевой робот, BMELV, GPS, BLE, AMAZONENWERKE, автоматическое управление.


Ключевые слова

сельское хозяйство, автоматизация, мехатронные модули

Похожие статьи

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, параллельное вождение, точность вождения, подруливающее устройство, система, сельское хозяйство, автоматическое вождение, сельскохозяйственная техника, Россия, автопилот.

Робот в помощь сельскому хозяйству | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): динамическая модель, робот, сельское хозяйство, время, упрощенная модель робота

Синтез логико-динамической системы оптимального управления нелинейным неголономным объектом типа «мобильный робот».

Роботизированная платформа для точного земледелия

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, точность позиционирования, точное земледелие, спутниковая навигация

Использование ГИС-технологий в изучении эколого-ландшафтных систем земледелия Шатковского района Нижегородской области.

Обзор мобильных роботов, использующих бортовые системы...

В сельском хозяйстве для автоматизации используются различные полевые роботы.

Ориентация и положение робота измеряются с помощью GPS-датчика, а две системы камер (стерео камеры и ИК-камера), установленные на голове робота, предоставляют информацию о...

Сельскохозяйственный робот для посадки семян

Основные термины (генерируются автоматически): сельскохозяйственный робот, подсистема, робот, этап планирования, процесс исполнения, посадка семян, центральная система управления, этап исполнения, сельское хозяйство, локальная система управления.

Робот для исследования грунта в сельском хозяйстве

Иначе роботы без следящей системы, управление которыми без обратной связи относительно информации о действительном

Основные термины (генерируются автоматически): сельское хозяйство, робот, химическое свойство грунта, следящая система, необходимость подъема...

Дрон-робот для сельского хозяйства | Статья в журнале...

Роботы смогут автоматически контролировать поля без участия человека.

Дрон-робот для сельского хозяйства. Авторы: Закиров Евгений Аликович, Малёв Максим Валерьевич.

Современные системы ведения сельского хозяйства.

Классификация роботов по использованию, передвижению...

Роботавтоматическое устройство, созданное по принципу живого организма

Умный дом — интеллектуальная, роботизированная система главной задачей которой является автоматизация и согласование всех систем жизнеобеспечения и безопасности.

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, параллельное вождение, точность вождения, подруливающее устройство, система, сельское хозяйство, автоматическое вождение, сельскохозяйственная техника, Россия, автопилот.

Робот в помощь сельскому хозяйству | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): динамическая модель, робот, сельское хозяйство, время, упрощенная модель робота

Синтез логико-динамической системы оптимального управления нелинейным неголономным объектом типа «мобильный робот».

Роботизированная платформа для точного земледелия

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, точность позиционирования, точное земледелие, спутниковая навигация

Использование ГИС-технологий в изучении эколого-ландшафтных систем земледелия Шатковского района Нижегородской области.

Обзор мобильных роботов, использующих бортовые системы...

В сельском хозяйстве для автоматизации используются различные полевые роботы.

Ориентация и положение робота измеряются с помощью GPS-датчика, а две системы камер (стерео камеры и ИК-камера), установленные на голове робота, предоставляют информацию о...

Сельскохозяйственный робот для посадки семян

Основные термины (генерируются автоматически): сельскохозяйственный робот, подсистема, робот, этап планирования, процесс исполнения, посадка семян, центральная система управления, этап исполнения, сельское хозяйство, локальная система управления.

Робот для исследования грунта в сельском хозяйстве

Иначе роботы без следящей системы, управление которыми без обратной связи относительно информации о действительном

Основные термины (генерируются автоматически): сельское хозяйство, робот, химическое свойство грунта, следящая система, необходимость подъема...

Дрон-робот для сельского хозяйства | Статья в журнале...

Роботы смогут автоматически контролировать поля без участия человека.

Дрон-робот для сельского хозяйства. Авторы: Закиров Евгений Аликович, Малёв Максим Валерьевич.

Современные системы ведения сельского хозяйства.

Классификация роботов по использованию, передвижению...

Роботавтоматическое устройство, созданное по принципу живого организма

Умный дом — интеллектуальная, роботизированная система главной задачей которой является автоматизация и согласование всех систем жизнеобеспечения и безопасности.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, параллельное вождение, точность вождения, подруливающее устройство, система, сельское хозяйство, автоматическое вождение, сельскохозяйственная техника, Россия, автопилот.

Робот в помощь сельскому хозяйству | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): динамическая модель, робот, сельское хозяйство, время, упрощенная модель робота

Синтез логико-динамической системы оптимального управления нелинейным неголономным объектом типа «мобильный робот».

Роботизированная платформа для точного земледелия

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, точность позиционирования, точное земледелие, спутниковая навигация

Использование ГИС-технологий в изучении эколого-ландшафтных систем земледелия Шатковского района Нижегородской области.

Обзор мобильных роботов, использующих бортовые системы...

В сельском хозяйстве для автоматизации используются различные полевые роботы.

Ориентация и положение робота измеряются с помощью GPS-датчика, а две системы камер (стерео камеры и ИК-камера), установленные на голове робота, предоставляют информацию о...

Сельскохозяйственный робот для посадки семян

Основные термины (генерируются автоматически): сельскохозяйственный робот, подсистема, робот, этап планирования, процесс исполнения, посадка семян, центральная система управления, этап исполнения, сельское хозяйство, локальная система управления.

Робот для исследования грунта в сельском хозяйстве

Иначе роботы без следящей системы, управление которыми без обратной связи относительно информации о действительном

Основные термины (генерируются автоматически): сельское хозяйство, робот, химическое свойство грунта, следящая система, необходимость подъема...

Дрон-робот для сельского хозяйства | Статья в журнале...

Роботы смогут автоматически контролировать поля без участия человека.

Дрон-робот для сельского хозяйства. Авторы: Закиров Евгений Аликович, Малёв Максим Валерьевич.

Современные системы ведения сельского хозяйства.

Классификация роботов по использованию, передвижению...

Роботавтоматическое устройство, созданное по принципу живого организма

Умный дом — интеллектуальная, роботизированная система главной задачей которой является автоматизация и согласование всех систем жизнеобеспечения и безопасности.

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, параллельное вождение, точность вождения, подруливающее устройство, система, сельское хозяйство, автоматическое вождение, сельскохозяйственная техника, Россия, автопилот.

Робот в помощь сельскому хозяйству | Статья в журнале...

Основные термины (генерируются автоматически): динамическая модель, робот, сельское хозяйство, время, упрощенная модель робота

Синтез логико-динамической системы оптимального управления нелинейным неголономным объектом типа «мобильный робот».

Роботизированная платформа для точного земледелия

Основные термины (генерируются автоматически): GPS, точность позиционирования, точное земледелие, спутниковая навигация

Использование ГИС-технологий в изучении эколого-ландшафтных систем земледелия Шатковского района Нижегородской области.

Обзор мобильных роботов, использующих бортовые системы...

В сельском хозяйстве для автоматизации используются различные полевые роботы.

Ориентация и положение робота измеряются с помощью GPS-датчика, а две системы камер (стерео камеры и ИК-камера), установленные на голове робота, предоставляют информацию о...

Сельскохозяйственный робот для посадки семян

Основные термины (генерируются автоматически): сельскохозяйственный робот, подсистема, робот, этап планирования, процесс исполнения, посадка семян, центральная система управления, этап исполнения, сельское хозяйство, локальная система управления.

Робот для исследования грунта в сельском хозяйстве

Иначе роботы без следящей системы, управление которыми без обратной связи относительно информации о действительном

Основные термины (генерируются автоматически): сельское хозяйство, робот, химическое свойство грунта, следящая система, необходимость подъема...

Дрон-робот для сельского хозяйства | Статья в журнале...

Роботы смогут автоматически контролировать поля без участия человека.

Дрон-робот для сельского хозяйства. Авторы: Закиров Евгений Аликович, Малёв Максим Валерьевич.

Современные системы ведения сельского хозяйства.

Классификация роботов по использованию, передвижению...

Роботавтоматическое устройство, созданное по принципу живого организма

Умный дом — интеллектуальная, роботизированная система главной задачей которой является автоматизация и согласование всех систем жизнеобеспечения и безопасности.

Задать вопрос