|
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:
- вдоль рельсового полотна, между шпал, высажен низкорослый кустарник.
Такое решение способствует лучшему снегозадержанию и прекращению водной
и ветровой эрозии почвы;
- полностью решается проблема уплотнения почв в зоне высадки растений.
В процессе её обработки происходит перераспределение нагрузки. Под
рельсовым полотном почва уплотняется, а под почвообрабатывающими
орудиями разрыхляется, что положительно сказывается на урожае;
- вдоль поворотников прокладывается автотрасса обеспечивающая
беспрепятственный подъезд автотранспорта к загрузочно- разгрузочным
емкостям расположенным по краю поворотников. Здесь же находятся
заправочные цистерны и гидранты для полива растений.
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:
- при выращивании всех этих культур используется многорядный способ
посадки;
- от момента посадки до сбора урожая они почти не требуют ухода (кроме
полива и периодической прополки);
- сбор урожая требует осторожности, так как кочаны капусты, дыни и в
особенности арбузы, культуры очень хрупкие и автоматизировать процесс их
сбора можно, только используя адаптивные методы;
- качественный их сбор возможен по мере созревания. Дело в том, что не
все растения вызревают одновременно и необходим периодический,
выборочный сбор, в течение определённого периода времени. Обеспечить же
такой сбор используя ручной труд, задача практически невыполнимая;
- так как плоды этих культур имеют достаточно крупные размеры и к
моменту начала их сбора у них почти нет ботвы, появляется возможность
использования не очень сложных тактильных устройств и систем
распознавания. На данном этапе создания агроробота - это является
немаловажным условием.
- создание агроробота может осуществляться поэтапно. По мере освоения
простых агроприёмов, переходить ко всё более сложным.
|
