Аграрные роботы в фермерском хозяйстве, нужны ли они?

 

Обсуждение проблемы.

 

Нас давно уже перестали удивлять роботы и роботизированные комплексы работающие на промышленных предприятиях. С их помощью производится множество операций, от изготовления отдельных деталей, до полной сборки готовых изделий. На складах работают роботы-погрузчики способные самостоятельно производить укладку изделий на стеллажи. Роботы исследуют ближний и дальний космос. Луноходы и Марсоходы уже не сказка. Глубоководные роботы помогают исследовать просторы океанов. Даже в некоторых крупных торговых комплексах работают роботы-уборщики.

Но как ни парадоксально, процесс тотальной роботизации производства почти не затронул такую важную отрасль, как сельское хозяйство.

Действительно, техническое развитие сельского хозяйства шло и идёт по пути наращивания мощности сельскохозяйственных машин. Вслед за гусеничными тракторами Т50, Т75 появились колёсные К700, К750 и т.д.

С увеличением мощности, увеличился и вес этих машин. Соответственно возросло и давление на почву, что в свою очередь отрицательно сказывается на урожае. Что касается интеллекта, то у сельхозмашин он полностью отсутствует. Они  являются, лишь усилителями мышечной энергии управляющего ними человека.

Вопрос роботизации сельского хозяйства отнюдь не праздный, как может показаться на первый взгляд. Давно известно, что от обеспеченности продовольствием, напрямую зависит не только благосостояние населения, но и обороноспособность страны. На фоне роста образованности населения, применение в сельском хозяйстве отсталых технологий отпугивает молодёжь. Сравните, например, условия работы на роботизированном комплексе промышленного предприятия и работу на тракторе в поле. Добавьте к этому почти полное отсутствие ремонтных сервисов и удалённость многих хозяйств от промышленно развитых центров.

Указанные выше причины, хотя и являются значимыми, но совсем не основными. Они лишь следствие сложившейся в сельском хозяйстве ситуации.

Теперь сравним положение дел в самом сельскохозяйственном секторе. На современных животноводческих комплексах уже применяются системы управления микроклиматом и раздачей кормов. В тепличных хозяйствах управление микроклиматом, подкормкой растений и автополив применяются повсеместно и уже сравнительно давно.

Почему же так получается, что одни области деятельности роботизированы, а другие, практически остаются в первородном виде?

Основная причина, на мой взгляд, кроется в детерминированности выполняемых производственных операций, т.е. в однообразии выполняемых функций в пространстве и времени. Наихудшая ситуация в этом отношении складывается в агросекторе.

В бывшем СССР и в некоторых развитых странах велись эксперименты по созданию автономных или полуавтоматических агрегатов для агропромышленного комплекса. Создавались специальные системы позволявшие работать нескольким тракторам одновременно. Но, как видно из практики, такой подход не привёл к массовому внедрению этих технологий. Более того, современные аграрники, предпочитают, вместо одной мощной машины, иметь три - четыре небольшой мощности, но специализированные под определённые технологические операции.

Ещё одна трудность с которой приходится сталкиваться создателям агророботов - это необходимость наделения машины очень мощным искусственным интеллектом. Дело в том, что помимо разнообразия технологических операций агророботу приходится ориентироваться на местности. Ему необходимо учитывать наклон поверхности, влажность грунта, ориентацию своего положения как относительно борозды, так и в окружающем пространстве, необходимостью разворачивать агрегат в конце гона и точно сориентировать его на ранее проложенную борозду. А как быть, если профиль поля не прямоугольный и к тому же не имеет ярко выраженных границ. Например, упирается в лесной массив или водоём?

Задача осложняется необходимостью смены орудий для обработки почвы, а так же удалённостью МТП от мест проведения работ. В правилах дорожного движения не предусмотрено передвижение по дорогам роботов-автоматов. Значит доставлять их к месту работ должен опять же человек, что сводит к нулю саму идею роботизации. Добавьте к этому необходимость содержания высококвалифицированных специалистов - электронщиков и программистов...

Неужели действительно всё так плохо и агросектор обречён на использование людей в качестве прогонщиков механических "лошадей"? Что же мешает агросектору стать полноправным участником процесса роботизации?

Всё очень просто. Не хватает детерминированности. Не надо снабжать трактора суперинтеллектом только для того, чтобы он ездил по полю и делал то, с чем и человек то не всегда хорошо справляется. Необходимо само поле оборудовать так, чтобы обеспечить автоматическое перемещение по нему обрабатывающего агрегата.

Идея заключается в прокладке по полю рельс с расстоянием между ними 25 - 30 метров. По этим рельсам движется металлическая платформа с укреплёнными на ней силовой установкой, механизмами подвески и управления рабочим инструментом и системой контроля обрабатываемой поверхности. Схема такого робота представлена на рис.1.

 

 

 

Как видно из рисунка, ферма-робот жёстко привязана к местности. Нет необходимости устанавливать на ней сложное навигационное оборудование или увозить её с поля так как ангар, в котором производятся ремонтно-профилактические работы находится на одном из концов рельсового пути. Здесь же расположена и диспетчерская, из которой ведётся визуальное и приборное наблюдение за работой и техническим состоянием робота. Помимо вышеперечисленных имеются и дополнительные преимущества:

За основу конструкции этого робота взят агрегат описанный в книге В.И. Васянина "Селькохозяйственные роботы" - МАПР-1 (мобильный автономный полевой робот).

Для того, чтобы не отправлять Вас на поиски этой книги приведу полное описание МАПР-1 в оригинале.

=============================

Как показали экспериментальные исследования, МАПР-1 (Рис. 2) может взять на себя автоматизацию многих технологических операций открытого грунта: вспашку и культивацию, посев и уход за различными сельскохозяйственными культурами, уборку и товарную подработку урожая. Конструкция робота рассчитана на выполнение всех этих операций. К нижней части его длинной П-образной рамы, установленной на четырех колесных блоках опорно-переместительного аппарата (ОПА), подвешены на разъемных соединениях блоки манипуляторов со сменными «кистями». Приводы 1 манипуляторов 2 гидравлические, получают питание от централизованного источника 16. Два скользящих вдоль рамы манипулятора предназначены для техобслуживания и малого ремонта. Разумеется, оставаясь универсалом, робот для каждого конкретного случая должен быть снабжен соответствующими программами, необходимой информацией, а также инструментами, приспособлениями, материалами, подсобными средствами.

Рассмотрим принципы действия МАПР-1, пользуясь упрощенной блок-схемой. (Здесь мы намеренно опускаем большую часть сведений о его навигационных, энергетических, временных, некоторых технологических и других подсистемах, поскольку они во многом аналогичны тем, что описаны в главе второй для «разумного» робота.) Предположим, обеспеченный всем необходимым робот получает от ЛУМ по каналу связи задание на уборку, скажем, капусты с определенного поля и сопутствующую программу действий, которая сразу же записывается в блок 12 памяти. С этого момента бортовой микропроцессор 13 приступает к ее реализации. Он выводит МАПР-1 на исходную позицию к полю и располагает его так, чтобы каждый блок БР «рук»-манипуляторов 2 был нацелен на свой рядок растений. Затем согласно заданной программе МАПР-1 начинает рабочее движение, и одновременно включаются его визуальные, тактильные и управляющие манипуляторами органы.

Когда в поле «зрения» миниатюрной телекамеры, расположенной в центре «кисти» манипулятора, попадает кочан капусты, информация об этом тут же передается блоку 6 отбора образов по заданным признакам и сравнивается с «идеальными», поставляемыми микропроцессором 13, в результате чего блок 7 формирует соответствующий сигнал. Если объект отвечает предписанным требованиям сортности, блок 6 передает информационную картину блоку 10, если же нет, блок 6 «молчит», и тогда система продолжает слежение за рядком, над которым движется «кисть» манипулятора. Получив информационную посылку и используя сведения блока 12 памяти, блок 10 определяет координаты расположения сортного кочана относительно «кисти» в текущий момент времени. Данные из блока 10 немедленно транслируются в микровычислитель 13 и в блок 8, который, сообразуясь с сообщениями блока 9 о положении и перемещении МАПР-1, состоянии грунта, погодных условиях и т. п., рассчитывает и формирует команды управления движениями «рук» робота (по каждой степени свободы). Эти команды поступают в блок 5 управления приводами 1 манипулятора, который тотчас начинает отрабатывать стандартные спецпрограммы по захвату, переносу и выгрузке искомого объекта.

Как только «кисть» слегка сожмет найденный кочан, «напалечные» тактильные датчики 4 измеряют его основные параметры, а микропроцессор 13 на их основе сравнивает уточненный реальный образ объекта с «идеальным», записанным в блоке 7. Если обнаруживаются недопустимые расхождения, кочан остается в рядке, если же эти образы достаточно близки, манипулятор извлекает его из земли вместе с корнем и переносит сначала к транспортеру контейнера отходов, где «напалечный» магнитный секатор обрубает корень, а затем к транспортеру сортового контейнера, куда и попадает очищенный кочан. Закончив эту операцию, манипулятор занимает исходное положение и снова «обозревает» рядок. Когда его «телеоко» замечает очередной кочан, процесс повторяется.

Мы рассмотрели случай, при котором робот оставляет в рядке некондиционные кочаны, чтобы они дозрели. Но ему может быть задан режим сплошной выборки, и тогда двумя контейнерами не обойтись: потребуются дополнительные емкости для товарной продукции по числу ее сортов. Работа всей системы, естественно, усложняется: ведь теперь нужно точнее различать кочаны по сортовым признакам. Данные о производительности каждого манипулятора и всех вместе передаются в блок 11, где ведется учет продукции и по сортам, и в целом. Эта информация поступает в блок 14 для документирования и трансляции через блок связи в ЛУМ, а также в блок 17 посортного затаривания продукции.

Понятно, что МАПР-1 устроен и действует значительно сложнее, чем можно было бы заключить из приведенного фрагмента его работы. Ведь мы описали лишь одну операцию, да и то вкратце, а робот рассчитан на комплексное обслуживание различных сельскохозяйственных культур. Но все равно достаточно ясно, сколь велики возможности этого «земледельца-универсала».

=============================

На современном этапе развития сельскохозяйственных роботов наиболее целесообразно их использование при выращивании капусты и бахчевых культур. Предпочтение этим видам культур отдано по нескольким причинам.

Высадка этих культур производится рассадным методом. При этом используется, в основном, ручной труд.

Прополка и сбор урожая производится так же вручную.

С другой стороны эти процессы могут быть легко роботизированы по нескольким причинам:

Если Вас заинтересовала эта тема, ответьте мне на E-mail:  company@list.ru , что Вы об этом думаете. Наиболее интересные ответы будут опубликованы на этой странице в рубрике "Обсуждение проблемы".

Не меняйте пожалуйста тему сообщения иначе мой сортировщик отправит ваше письмо в другую папку и я не смогу вам ответить.

© Прохневский Сергей

Документ изменён: