vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2020-14-4-63-70vimjour-406Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАТИКАAUTOMATION & INFORMATICSОбоснование выбора системы позиционирования для управления движением мобильного сельскохозяйственного роботаRationale for the Choice of a Positioning System for Mobile Agricultural Robot Movement ControllingТетеревА. В.TeterevA. V.

Артем Валерьевич Тетерев, младший научный сотрудник

г. Москва

Artem V. Teterev, junior researcher

Moscow

artemteterewwork@mail.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2020171220201446370Copyright © Тетерев А.В., 20202020Тетерев А.В.Teterev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/406

Правильно подобранная система позиционирования для управления движением мобильного робототехнического средства обеспечивает высокую точность позиционирования роботизированной платформы на территории сада, позволяет автоматизировать точные операции в саду и систематизировать алгоритмы построения маршрута.

(Цель исследования) Обосновать рациональный выбор системы позиционирования для управления движением мобильного робототехнического средства.

(Материалы и методы) Сформировали требования к системе позиционирования для выполнения точных операций в саду, а именно: механизированный сбор плодов и ягод, дифференцированное внесение удобрений и средств химической защиты растений. Назвали основные из них: погрешность определения местоположения не более 5 сантиметров, устойчивость передачи информации на сервер для построения карт движения, движение робототехнического средства по заданной траектории, оснащение маяков мобильным источником питания емкостью не менее 800 миллиампер-час, обмен информацией между маяком и встроенным в робототехническое средство микропроцессорным контроллером по стандарту RS-485, площадь покрытия сигнала не менее 100 квадратных метров. (Результаты и обсуждение) Описали шесть наиболее актуальных систем позиционирования следующих производителей: RealTrac, Русофт ЦКТ, Неоматика, ISBC, Avtosensor, Marvelmind. Сравнили их технические и эксплуатационные параметры: рабочие частоты, дальность действия, интерфейс передачи данных, точность определения местоположения и стоимость готовых комплектов. Показали, что Marvelmind обеспечивает бесперебойную работу на частотах 433 и 915 мегагерц с погрешностью определения местоположения не более 2 сантиметров. Провели испытания на малогабаритном роботизированном транспортно-технологическом средстве со следующими характеристиками: максимальная транспортная скорость движения – 30 километров в час, эксплуатационная масса – 500 килограммов, длина 2 метра, ширина – 1,2 метра, высота – 1,6 метра.

(Выводы) Обосновали выбор наиболее подходящей и доступной системы позиционирования Marvelmind и экспериментально подтвердили заявленную производителем точность позиционирования. При движении по беспетлевому и петлевому повороту точность позиционирования не превысила 1,5 сантиметра, что соответствует агротехническими требованиям к механизированному сбору плодов и ягод, к дифференцированному внесению удобрений и средств химической защиты растений.

A correctly selected positioning system for controlling the mobile robotic means movement ensures high positioning accuracy of the robotic platform in the garden, allows to automate precise operations in the garden and systematize route planning algorithms.

(Research purpose) To substantiate the rational choice of a positioning system for controlling the mobile robotic device movement.

(Materials and methods) The author formulated requirements for the positioning system to perform precise operations in the garden: mechanized collection of fruits and berries, diff erentiated application of fertilizers and chemical plant protection products. The main ones were: the positioning error was no more than 5 centimetres, the stability of information transfer to the server for building traffi c maps, the movement of a robotic device along a given trajectory, equipping beacons with a mobile power source with a capacity of at least 800 milliampere-hour, information exchange between the beacon and the built-in robotic means with a microprocessor controller according to the RS-485 standard, the signal coverage area was at least 100 square meter.

(Results and discussion) The six most relevant positioning systems of the following manufacturers were described: RealTrac, Rusoft CKT, Neomatic, ISBC, Avtosensor, Marvelmind. The author compared their technical and operational parameters: operating frequencies, range, data transfer interface, location accuracy and cost of ready-made kits. He showed that Marvelmind provided uninterrupted operation at frequencies of 433 and 915 megahertz with a positioning error of no more than 2 centimetres. The tests were carried out on a small robotic vehicle with the following characteristics: maximum transport speed – 30 kilometre per hour, operating weight – 500 kilograms, length 2 metres, width – 1.2 metres, height – 1.6 metres.

(Conclusions) The author substantiated the choice of the most suitable and aff ordable Marvelmind positioning system and experimentally confi rmed the positioning accuracy declared by the manufacturer. When driving in a loop-free and looped turn, the positioning accuracy did not exceed 1.5 centimetres, which met the agrotechnical requirements for mechanized collection of fruits and berries, for diff erentiated application of fertilizers and chemical plant protection products

система позиционированияметка позиционированияRFID-меткаультразвуковой маяксчитывательробототехникаpositioning systempositioning tagRFID tagultrasonic beaconreaderroboticsReferencesБогуренко П.А., Бурлаков М.Е. Обзор методов локального позиционирования объектов в WI-FI сетях // Вестник ПНИПУ. 2017. N23. С. 146-158.Bogurenko P.A., Burlakov M.E. Obzor metodov lokal'nogo pozitsionirovaniya obektov v WI-FI setyah [Review of methods for local positioning of objects in WI-FI networks]. Vestnik PNIPU. 2017. N23. 146-158 (In Russian).Овчинников С. Системы позиционирования и мониторинга // Технологии и средства связи. 2014. N2. С. 18-22.Ovchinnikov S. Sistemy pozitsionirovaniya i monitoringa [Positioning and monitoring systems]. Tekhnologii i sredstva svyazi. 2014. N2. 18–22 (In Russian).Миниахметов Р.М., Рогов А.А., Цымблер М.Л. Обзор алгоритмов локального позиционирования для мобильных устройств // Вестник Южно-Уральского Государственного университета. 2013. N2-2. C. 83-95.Miniahmetov R.M., Rogov A.A., Cymbler M.L. Obzor algoritmov lokal'nogo pozitsionirovaniya dlya mobil'nykh ustroystv [Review of local positioning algorithms for mobile devices]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo Gosudarstvennogo universiteta. 2013. N2-2. 83-95 (In Russian).Соколин Д.Д. (научный руководитель Паротькин Н.Ю.). О решении задачи локального позиционирования объектов в помещениях // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т. 2. N13. С. 239-241.Sokolin D.D. Nauchnyy rukovoditel' –Parot'kin N.Yu. O reshenii zadachi lokal'nogo pozitsionirovaniya obektov v pomeshcheniyah [On the solution of the problem of local positioning of objects in premises]. Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki. 2017. Vol. 2. N13. 239-241 (In Russian).Yang Q., Zheng S., Liu M., Zhang Y. Research on Wi-Fi indoor positioning in a smart exhibition hall based on received signal strength indication. Eurasip Journal on Wireless Communications and Networking. 2019. N1. 275.Yang Q., Zheng S., Liu M., Zhang Y. Research on Wi-Fi indoor positioning in a smart exhibition hall based on received signal strength indication. Eurasip Journal on Wireless Communications and Networking. 2019. N.1. 275 (In English).Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Разработка комплексного метода позиционирования объектов по данным беспроводных сетей Wi-Fi и устройств BLE (Bluetooth Low Energy) // Известия института инженерной физики. 2015. N2(36). С. 2-10.Assur O.S., Filaretov G.F. Razrabotka kompleksnogo metoda pozitsionirovaniya obektov po dannym besprovodnykh setey Wi-Fi i ustroystv BLE (Bluetooth Low Energy) [Development of an integrated method for positioning objects according to data from wireless Wi-Fi networks and BLE (Bluetooth Low Energy) devices]. Izvestiya instituta inzhenernoy fiziki. 2015. N2(36). 2-10 (In Russian).Дмитриев В. Технология передачи информации с использованием сверхширокополосных сигналов (UWB) // Компоненты и технологии. 2004. N1(36). С. 64-67.Dmitriev V. Tekhnologiya peredachi informatsii s ispol'zovaniem sverkhshirokopolosnykh signalov (UWB) [Technology of information transmission using ultra-wideband signals (UWB)]. Komponenty i tekhnologii. 2004. N1. (36). 64-67 (In Russian).Харламов М.И., Гончароваский О.В. Навигация автономного робота с помощью системы позиционирования для помещений // Автоматизированные системы управления и информационные технологии. 2018. С. 110-112.Harlamov M.I., Goncharovaskiy O.V. Navigatsiya avtonomnogo robota s pomoshch'yu sistemy pozitsionirovaniya dlya pomeshcheniy [Navigation of an autonomous robot using a positioning system for rooms]. Avtomatizirovannye sistemy upravleniya i informatsionnye tekhnologii. 2018. 110-112 (In Russian).Ladd A.M., Bekris K.E., Rudys A., et al. Robotics-based Location Sensing Using Wireless Ethernet. Proceedings of the 8th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking. New York. USA: ACM. 2002. 227-238.Ladd A.M., Bekris K.E., Rudys A., et al. Robotics-based Location Sensing Using Wireless Ethernet. Proceedings of the 8th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking. New York. New York City. USA: ACM. 2002. 227-238 (In English).Гимаранов Р.Р., Киричек Р.В., Шпаков М.Н. Технология межмашинного взаимодействия LORA // Информационные технологии и телекоммуникации. 2015. Т. 3. N2. С. 62-73.Gimaranov R.R., Kirichek R.V., Shpakov M.N. Tekhnologiya mezhmashinnogo vzaimodeystviya LORA [LORA machine-to-machine interaction technology]. Informatsionnye tekhnologii i telekommunikatsii. 2015. Vol. 3. N2. 62-73 (In Russian).Finkenzeller K. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. New York: John Wiley & Sons. 2003. 462.Finkenzeller K. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. New York: John Wiley & Sons, 2003. 6 (In English).Пантюхин А.Р., Беляев А.С. Система определения местоположения объектов внутри помещений // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. N10-3(64). С. 81-84.Pantyuhin A.R., Belyaev A.S. Sistema opredeleniya mestopolozheniya obektov vnutri pomeshcheniy [A system for determining the location of objects indoors]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal. 2017. N10-3(64). 81-84 (In Russian).Колмаков Ю.А., Перевезенцев И.Н. Влияние корреляции свободных членов ряда трилатерации на оценку точности измеренных сторон // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2010. N2(50). С. 70-72.Kolmakov Yu.A., Perevezentsev I.N. Vliyanie korrelyatsii svobodnyh chlenov ryada trilateratsii na otsenku tochnosti izmerennykh storon [The influence of the correlation of free members of the trilateration series on the assessment of the accuracy of the measured sides]. Vestnik Ul'yanovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2010. N2(50). 70-72 (In Russian).Соколов Ю.Г., Тимошенко Н.А., Данильченко П.М. К вопросу составления условных уравнений в геодезических сетях из треугольников с измеренными сторонами // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2007. N28. С. 34-40.Sokolov Yu.G., Timoshenko N.A., Danil'chenko P.M. K voprosu sostavleniya uslovnykh uravneniy v geodezicheskih setyah iz treugol'nikov s izmerennymi storonami [On the issue of drawing up conditional equations in geodetic networks of triangles with measured sides]. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2007. N28. 34-40 (In Russian).Андоленко В.И., Клюшин Е.Б. Исследование точности радиальных симметричных сетей трилатерации // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1990. N2. C. 3-12.Andolenko V.I., Klyushin E.B. Issledovanie tochnosti radial'nykh simmetrichnykh setey trilateratsii [Research of the accuracy of radial symmetric trilateration networks]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Geodeziya i aerofotosemka. 1990. N2. 3-12 (In Russian).Авакян В.В. Прикладная геодезия: технологии инженерно-геодезических работ. М.: Инфра-Инженерия. 2016. 588 с.Avakyan V.V. Prikladnaya geodeziya: Tekhnologii inzhenerno-geodezicheskikh rabot [Applied geodesy: technologies of engineering and geodetic works]. Moscow: 2016. 37-40 (In Russian).Харламов М. И., Гончаровский О.В. Навигация автономного мобильного робота с помощью системы позиционирования Marvelmind // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2017. Т. 1. С. 56-60.Harlamov M.I., Goncharovskiy O.V. Navigatsiya avtonomnogo mobil'nogo robota s pomoshch'yu sistemy pozitscionirovaniya Marvelmind [Navigation of an autonomous mobile robot using the Marvelmind positioning system]. Innovatsionnye tekhnologii: teoriya, instrumenty, praktika. Perm': 2017. Vol. 1. 56-60 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.