 |
Понятие о робототехнике в сельском хозяйстве
|
|
|
|
Содержание
Введение 3
1.Основная часть 4
1.1 Три закона о робототехнике 4
1.2 Понятие о робототехнике в сельском хозяйстве 4
1.3 «Робот-сборщик клубники» 5
1.4. Доильные роботы 6
1.5 Молочное такси 7
1.6 Миксеры-кормораздатчики 8
1.7 Робот-кормораздатчик 9
Заключение 11
Список использованных источников 12
Введение
Актуальность исследования. В этом столетии людям связанным с сельским хозяйством станет жить гораздо проще. Уже сейчас придуманы различные манипуляторы и роботы, заменяющие человеческий труд. Роботы могут: пахать, поливать, удобрять землю, собирать созревший урожай, могут полноценно работать, даже ночью. Остаётся только дождаться когда они сами научатся думать.
|
|
|
Однозначно в будущем деревенскому жителю останется только интеллектуальная работа: выбор походящих культур для посадки (на основании химического анализа почвы мобильного робота-агронома и рекомендаций компьютерной системы), а всё остальное сделают роботы.
Исходя из вышеизложенного выбрана тема исследовательской работы: «Аналитический обзор сельскохозяйственных роботов».
Цель исследования: исследование возможностей сельскохозяйственных роботов.
Объект исследования – сельскохозяйственные роботы.
Предмет исследования - условия развития сельскохозяйственной робототехники.
Гипотеза исследования. Условия работы на селе станут проще, если будут применяться сельскохозяйственные манипуляторы и роботы.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой определены задачи исследования:
1. Рассмотреть основные законы о робототехнике;
2. Анализ робототехники в сельском хозяйстве;
3. Рассмотреть принципы работы распространенных сельскохозяйственных роботов:
- «Робот-сборщик клубники»;
-Доильные роботы;
-Молочное такси;
-Миксеры-кормораздатчики;
-Робот-кормораздатчик.
Методы исследования. В качестве них выступают: системный анализ явлений, изучение научной литературы и нормативной документации по исследуемой проблеме; наблюдение.
1 Основная часть
1.1 Три закона робототехники
Три закона робототехники в научной фантастике — обязательные правила поведения для роботов, описанные Айзеком Азимовым. Впервые они были упомянуты в рассказе «Хоровод» в 1942 г. Этим законам, а также последствиям их невыполнения, посвящён одноимённый цикл рассказов.
Законы гласят:
1. Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
|
|
|
2. Робот должен выполнять приказы человека, кроме приказов, противоречащих Первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит Первому и Второму законам.
Три закона роботехники совпадают с основными принципами большинства этических систем, существующих на Земле… Попросту говоря, если кто-то исполняет все Законы роботехники, он — или робот, или очень хороший человек»[1]
Позже, в серии «Основание», Азимов предложил ещё и Нулевой закон: Робот не может нанести вред человечеству или своим бездействием допустить, чтобы человечеству был причинён вред.
Понятие о робототехнике в сельском хозяйстве
Ежегодно люди живущие на селе, фермеры, вынуждены заниматься однообразными и рутинными действиями по обработке земли, посадке, прополке и сбору урожая. Многие действия довольно примитивны и повторяемы, то есть идеально подходят для автоматизации. Уже сейчас я могу наблюдать примеры автоматизации сельского хозяйства: это и доильные линии на молочных фермах, и линии сборки и упаковки куриных яиц, и различные зерносушильные комплексы, но эти примеры автоматизации не идут ни в какое сравнение с тем, что уже сейчас предлагают нам американские и японские инженеры. Похоже, сельским жителям недолго осталось «вкалывать». Уже сейчас налажен выпуск маленьких роботов, способных выполнять значительную часть сельскохозяйственных работ.
Например, массачусетская компания Harvest Automation начала тестирование робота на гироскопах, который умеет очень быстро переносить горшки или вёдра любого размера, аккуратно расставлять их в ряды на заданном расстоянии друг от друга. Это основное занятие рабочих в рассаднике— фермерском хозяйстве, которое специализируется на выращивании молодых растений для пересадки. Их работа заключается в том, чтобы в начале сезона привезти огромное количество горшков вёдер, расставить их, а в конце сезона собрать и погрузить в транспорт, который отвозит товар на продажу.
Уже сейчас заканчивается тестирование модели Harvest Automation в 11 рассадниках на территории США, а продажи начнутся в конце нынешнего года или начале следующего года. В отличие от аналогов, девай-с не оснащён системой GPS и относительно недорогой: стоимость составит от $25000 до $50000.
|
|
|
Преемником таких маленьких роботов стал домашний робот-пылесос iRobot Roomba. Он представляет собой роботизированное устройство для уборки квартиры. Roomba был впервые представлен в 2002 году. Он такой же маленький и дешёвый и работает по такому же принципу: принимает решения по ситуации, постоянно анализируя окружающую обстановку с помощью сенсоров. Уже сейчас в мире продано более 3 млн. штук.
Модель Harvest Automation весьма проста в обслуживании: нужно лишь поставить её к горшкам нажать одну кнопку на тачскрине (объект работы), после чего указать расстояние, на которое следует переносить грузы. Работая круглосуточно, робот заменяет десяток человек, так что первые клиенты, заказавшие модель Harvest Automation, рассчитывают окупить её за год-два, экономя на сезонных рабочих.
Сельское хозяйство- это отрасль, в которую новинки инженерии внедряются с некоторым опозданием, за все это вынуждены расплачиваться простые люди, тратя драгоценное время на обработку посевов пестицидами, химикатами и пр. Именно для упрощения труда и придумал свой сельскохозяйственный вертолет дизайнер BakjiSu. Он представил концепт миниатюрного радиоуправляемого вертолёта, который сможет обрабатывать посевы, необходимыми пестицидами и лекарствами. Предполагается, что мини вёртолет справиться с этим лучше, чем обычная авиация. Аппарат выполнен по эффективной двухвинтовой схеме с сносным расположением винтов.
1.3 Робот-сборщик клубники
Японские исследователи из университета г. Уцуномия (Utsunomiya) совместно с фирмой Romobility Youto, разработали опытный образец робота для сборки клубники в теплицах.
Робот под названием «Ичиго Цуми», что переводится примерно как «Робот-сборщик клубники», имеет размеры 120х120х70 см. Важной особенностью этого робота является даже не то, что его точный манипулятор способен аккуратно отделить ягоду от ножки и поместить в корзину, а его способность самостоятельно определить степень зрелости найденной ягоды.
Прямо под захватами манипулятора у робота-сборщика находится встроенная специальная видеокамера, с помощью которой робот распознает отдельные плоды и точно определяет их цвет. Определив по цвету, созрела ли та или иная ягода, робот принимает решение сорвать ее или перейти к следующей.
|
|
|
| 
|
| Рисунок 1 - «Робот-сборщик клубники» | |
В среднем робот собирает всего одну ягоду за 10 секунд – вероятно, такова цена точности. Однако один из японских фермеров, присутствовавший на демонстрации робота ничуть не смутился этому нюансу и заявил, что сбор урожая требует и времени, и сил.
А английская компания CMW HorticultureLtd. уже сейчас продаёт робота для обработки растений пестицидами.
Также компания CMW HorticultureLtd создали робота, способного собирать урожай овощей. Отходы возникают благодаря тому, что урожай собирается не вовремя. Автоматизированная система для сбора урожая способна точно определить степень зрелости объекта сбора. Робот сканирует листья растений в различных диапазонах инфракрасного излучения, радио, микроволнового и других излучений, а сам процесс разделения «вершков и корешков» трудностей у исследователей не вызывает.
Рисунок 2 - - «Робот-сборщик клубники» в работе
Доильные роботы
Доильные роботы – системы автоматизированного доения являются на сегодняшний день самым современным доильным оборудованием.
Это полноценный автоматизированный комплекс технологий, позволяющий получать молоко самым гуманным и физиологичным для коровы способом.
Рисунок 3 – Доильные роботы
Процесс доения роботом выглядит так:
Шаг 1 – Предварительная обработка и чистка щетками.
Предварительная обработка начинается сразу же после того, как корова вошла в стойло робота. Сканирование не требуется, т.к. робот знает координаты коровы. Это обеспечивает самую быструю и эффективную предварительную обработку и оптимальный процесс доения.
Шаг 2 – Распознавание
После очистки щетками и стимулирования система распознавания
Рисунок 4 – Доильные роботы
сосков TDS начинает сканирование полного вымени для определения положения каждого соска.
Шаг 3 – Насаживание
Проводится полное сканирование, и определяется положение задних сосков. В данном случае проводится дальнейшее точное сканирование каждого соска с помощью 3 лазерных лучей для точной локализации, после чего насаживаются доильные стаканы.
Шаг 4 – Подсоединение
После насаживания первого доильного стакана навешиваются следующие стаканы – быстро и индивидуально – в оптимальной последовательности.
|
|
|
Шаг 5 – Доение
Доение начинается, как только подвешен доильный стакан. Благодаря самой передовой технологии на рынке оптимальное доение проводится на базе четверти вымени. Как только четверть готова, доильный стакан очень мягко снимается.
Шаг 6 – Опрыскивание
После доения каждая четверть вымени опрыскивается. Это завершает процесс доения и обеспечивает оптимальное здоровье вымени.
Детали выполнены из полированной либо окрашенной нержавеющей стали, чтобы гарантировать долгий срок службы.
Конструкция робота позволяет подсоединять доильные стаканы вручную для комфортного обучения новых коров.
Просторное стойло с мягким резиновым полом гарантирует корове оптимальный комфорт. В стойле коровы могут свободно двигаться и не испытывают принуждения, что является основным условием для успешного свободного содержания коров.
Рисунок 5 – Доильные роботы
Для обеспечения оптимальной предварительной обработки очень важна очистка щетками вымени и сосков. В комбинации с точными движениями манипулятора система щеток гарантирует оптимальную очистку и стимулирование. Щетка для предварительной обработки вымени зарекомендовала себя как наиболее удачная система для обеспечения хорошего самочувствия животного, гигиены, качества молока и оптимального стимулирования.
Благодаря своей прочной конструкции в сочетании с мягкими пневматическими характеристиками системы манипулятор робота может выдержать любые усилия, прилагаемые коровами.
При простое доильные стаканы откидываются в манипуляторе для предотвращения их повреждения коровой или загрязнения.
Манипулятор остается в течение всего процесса доения под коровой, поэтому для навешивания не требуется много движений и корова остается спокойной.
Установка доильного робота в коровнике исключает влияние человеческого фактора и, таким образом, решает проблему с кадрами.
Процесс доения происходит согласно заданной программе, с учетом состояния и потребностей животных.
Это благоприятно сказывается на здоровье животных в целом, снижается риск заболевания вымени, соответственно, увеличивается молокоотдача и повышается качество молока.
Благодаря тому, что подход к каждому животному индивидуален, улучшается общее состояние стада, оно становится более здоровым и спокойным.
Молочное такси
Молочное такси — отличный способ кормления новорожденных телят.
В молочном такси готовится и транспортируется молочная смесь, это позволяет своевременно и без лишних сложностей обеспечивать телят молоком, соблюдая точную дозировку.
Заливаемое в молочное такси молоко подогревается до температуры 38-40 градусов и выбранный температурный режим поддерживается на необходимом уровне с помощью компьютера.
Чтобы нагрев происходил равномерно, молоко в молочном такси перемешивается мешалкой. Мешалка разработана так, что молоко перемешивается аккуратно, без брызг и ЗЦМ замешивается полностью. Молочное такси одинаково удобно и при индивидуальном, и при групповом содержании.
Рисунок 6 – Молочное такси
Преимущества молочного такси:
- Молочное такси легко передвигать с места на место при помощи больших колес. По желанию заказчика такси можно оборудовать электроприводом для шасси.
- Молочное такси устойчиво даже во время разворота, это обеспечивается благодаря оптимальному размеру и расположению колес.
- Один привод миксера, в зависимости от заданной программы, позволяет аккуратно перемешивать цельное молоко или активно смешивать порошок ЗЦМ.
- Молочное такси можно оборудовать подогревом (начиная со 150 литров). Смесь не подгорает благодаря интервальному перемешиванию. При необходимости подогрев можно усилить в два раза.
- Молочное такси можно оборудовать аккумуляторным молочным насосом и пистолетом-дозатором. Одно нажатие на рычаг пистолета позволяет установить нужное количество смеси.
- На панели управления молочным такси находятся три кнопки памяти, с помощью которых вы можете задавать порции трех разных размеров. Это удобно для разных групп телят.
- Удобная и простая программа промывки
- Емкости могут иметь объем от 90 до 300 литров. Для крупных предприятий мы можем предложить стационарные емкости объемом 600 литров.
Комплектация:
1 - Пистолет-дозатор
2 - Тормоз
3 - Панель управления
4 - Электронный блок
5 - Аккумулятор 12 вольт
6 - Привод шасси
7 - Сливной кран
8 - Аккумуляторный насос
9 - Проточный сенсор
10 - Подогрев дна емкости
11 - Мотор мешалки
12 - Крышка с уплотнением и защелками
Рисунок 7 – Молочное такси
Миксеры-кормораздатчики
Миксер-кормораздатчик или кормосмеситель – это сельскохозяйственная техника, предназначенная для измельчения, смешивания и раздачи кормов, и применяемая на животноводческих фермах. Смесители-кормораздатчики разделяют на два основных типа: горизонтальные и вертикальные и различают в зависимости от объёма бункеров, количества шнеков, загрузочной фрезы и др.
Рисунок 8 – Миксер-кормораздатчик
Миксеры-кормораздатчики, получающие энергию от трактора через вал отбора мощности, встречаются в применении на производствах более часто, но на крупных животноводствах могут использоваться и самоходные варианты подобных машин.
Бункер кормосмесителя снабжен режущими шнеками, которые тщательно дробят загружаемые концентрированные ингредиенты и смешивают их друг с другомдо однородности массы. Далее полученная комбикормовая смесь при помощи транспортёра выгружается на поедание животными.
Важнейшим особенным компонентом данных кормораздатчиков — это весовая система. В наипростейших и небольших по объёму моделях кормораздатчиков весовой системой служат лишь обычные электронные весы, аппараты же посложнее компьютеризированы и дополнены большим экраном, принтером и картами памяти, что позволяет запоминать множество различных рационов.
С помощью миксера-кормораздатчика на ферме легче достичь улучшения качества питания животных, эффективности и продуктивности молочных коров, а также сократить трудозатраты.
Итальянская фирма Italmix производит кормораздатчики на протяжении двадцати лет, за это время она выбилась в лидеры в данной нише рынка. Особое внимание руководства компании сосредоточено на внедрении новинок в области современных производственных технологий, а также на использовании метода анализа и проектирования для улучшения качества выпускаемого оборудования, с целью соответствия требованиям животноводческих организаций во всем мире.
Элементы, входящие в комплект буксируемого кормосмесителя серии TRIPLEX:
· Программируемая электронная взвешивающая система;
· 3 вертикальные спиралевидные шнеки дифференциального диаметра с ножами (по 5 ножей на каждой), исключающими предварительную резку при измельчении рулонов.
· Эпициклоидные редукторы с зубчатыми колёсами, погружённые в масло для привода вертикальных шнеков;
· механическая опора c кривошипной ручкой.
Особая форма кормосмесителя позволяет совмещение малых габаритов с вертикальным типом смешивания с целью повышения эффективности при измельчении продукта и образования однородной и мягкой кормовой массы в итоге перемешивания.
Робот-кормораздатчик
Подвесной робот-кормораздатчик открывает современный способ при конструировании систем кормления в коровниках. Специальные кормовые роботы дают новые возможности содержания коров, их использование повышает эффективность раздачи кормов и 
обеспечивает бесперебойное, необходимое для животных, питание.
Рисунок 9 – Роботы-кормораздатчики
Роботы-кормораздатчики предназначены для кормления КРС как на крупных молочных, так и на мини фермах. Благодаря своим компактным размерам, они идеально вписываются в узкие кормовые проезды и ограниченные по площади помещения. Механизм кормового робота основан на подвесной системе: процесс движения осуществляется по оборудованной в верхней части коровника монорельсовой дороге и управляется дистанционно, с помощью электронного оборудования. Автомат дозирует и раздает корм в соответствии с заложенными в программу параметрами, что позволяет разработать индивидуальный рацион для коровы, исходя из её физиологических потребностей, тем самым предупредить заболевания ЖКТ у коров и сократить их частоту.
В этом и состоит главная функция робота-кормораздатчика. С его введением на производство каждая корова получает индивидуальное кормление, заранее запрограммированное. Таким образом, для животного подбирается оптимизированное питание полноценными кормами по необходимому расписанию. Все это является предпосылкой для высокой эффективности кормления, продуктивности молочной коровы и общей производительности целого стада КРС. Использование робота-кормораздатчика позволяет повысить уровень производительности на 1000 литров с одной коровы.
Принцип действия кормового робота основан на автоматическом дозировании и загрузке компонентов из бункера. Далее все загруженные составляющие тщательно смешиваются, образуя нужную кормосмесь, и раздаются животным. Функция «повторное заполнение корма» помогает равномерно распределить время кормораздачи и позволяет без проблем работать с несколькими группами коров.
Рисунок 10 – Робот-кормораздатчик
Робот-кормораздатчик - это оптимальный вид автоматизированной системы кормления при методе привязного содержания КРС. В разных моделях кормовых роботов объем варьируется от 300 до 3000 литров. Автомат снабжен датчиком взвешивания отдельных кормовых компонентов и функцией смешивания до 6 различных видов кормов
Минимизация человеческого участия в процессе кормления в коровнике, за счет использования робота-кормораздатчика, значительно сокращает потери производства и исключает вероятность ошибок, в последствие которых может ухудшиться здоровье КРС.
Сегодня данная технология кормления отшлифована, тщательно протестирована, и на практике доказана её эффективность. Это гарантирует надежность робота и точность его работы в разнообразных условиях эксплуатации.
Заключение
Аналитический обзор сельскохозяйственных роботов позволяет сделать следующие выводы:
Сельское хозяйство- это отрасль, в которую новинки инженерии внедряются с некоторым опозданием, за все это вынуждены расплачиваться простые люди, тратя драгоценное время на обработку посевов пестицидами, химикатами и пр.
Ежегодно люди живущие на селе, фермеры, вынуждены заниматься однообразными и рутинными действиями по обработке земли, посадке, прополке и сбору урожая. Многие действия довольно примитивны и повторяемы, то есть идеально подходят для автоматизации. Уже сейчас можно наблюдать примеры автоматизации сельского хозяйства: это и доильные линии на молочных фермах, и линии сборки и упаковки куриных яиц, и различные зерносушильные комплексы. Похоже, сельским жителям недолго осталось «вкалывать». Уже сейчас налажен выпуск маленьких роботов, способных выполнять значительную часть сельскохозяйственных работ. Это основное занятие рабочих в рассаднике — фермерском хозяйстве, которое специализируется на выращивании молодых растений для пересадки. Их работа заключается в том, чтобы в начале сезона привезти огромное количество горшков вёдер, расставить их, а в конце сезона собрать и погрузить в транспорт, который отвозит товар на продажу.
Цель исследования: исследование возможностей сельскохозяйственных роботов достигнута в полном объеме.
Значимость исследования проведенного в рамках исследовательской работы заключается в том что, автоматизация сельскохозяйственных процессов при помощи робототехники намного упростит труд работников, что повысит качество и производительность труда.
|
|
|
