vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2023-17-1-25-34vimjour-503Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И РОБОТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВAUTOMATION AND ROBOTIZATION OF PROCESSESУправление движением сельскохозяйственной автономной роботизированной платформыAgricultural Autonomous Robotic Platform Motion ControlХортД. О.KhortD. O.

Хорт Дмитрий Олегович - кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник.

Москва

Dmitriy O. Khort -  Ph.D.(Agri.), leading researcher.

Moscow

dmitriyhort@mail.ruКутыревА. И.KutyrevA. I.

Кутырев Алексей Игоревич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

Москва

Aleksey I. Kutyrev - Ph.D.(Eng.), senior researcher.

Moscow

alexeykutyrev@gmail.comСмирновИ. Г.SmirnovI. G.

Смирнов Игорь Геннадьевич - доктор технических наук, заведующий отделом.

Москва

Igor G. Smirnov - Dr.Sc.(Eng.), head of the department.

Moscow

rashn-smirnov@yandex.ruМоисеевГ. В.MoiseevG. V.

Моисеев Георгий Викторович - кандидат технических наук, доцент.

Москва

Georgiy V. Moiseev - Ph.D.(Eng.), associate professor.

Moscow

grg.moiseev@gmail.comСоловьевВ. И.SolovievV. I.

Соловьев Владимир Игоревич - доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой.

Москва

Vladimir I. Soloviev - Dr.Sc.(Econ.), professor.

Moscow

vs@ciars.aiФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationФинансовый университет при Правительстве Российской ФедерацииРоссияFinancial University under the Government of the Russian FederationRussian FederationООО «ЦИАРС»; Московский технический университет связи и информатикиРоссияCIARS lLC, Moscow; Moscow Technical University of Communications and InformaticsRussian Federation2023020420231712534Copyright © Хорт Д.О., Кутырев А.И., Смирнов И.Г., Моисеев Г.В., Соловьев В.И., 20232023Хорт Д.О., Кутырев А.И., Смирнов И.Г., Моисеев Г.В., Соловьев В.И.Khort D.O., Kutyrev A.I., Smirnov I.G., Moiseev G.V., Soloviev V.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/503

Предложили модель автономного движения роботизированной платформой адаптированной под условия промышленного плодового сада. (Цель исследования) Разработать систему управления движением автономной роботизированной колесной платформы на основе инерциальной и спутниковой навигации и расчета преодолеваемого пути для позиционирования в плодовом саду, с автоматическим выполнением различных технологических операций, таких как внесение удобрений, контроль роста и болезней, уборка урожая плодов. (Материалы и методы) Создали математическую модель для управления движением роботизированной платформы, учитывающую радиусы разворота трех типов, длину дуги выполняемой окружности, скорости движения в рядах садовых насаждений с использованием электронной карты сада. Использовали метод, который позволяет реализовать программу автоматического движения роботизированной платформы по типовому плодовому саду с применением минимального набора датчиков, существенно снижая нагрузку на процессор и память бортовых вычислителей. Разработали программное обеспечение на языке программирования Python, позволяющее строить маршрут движения роботизированной платформы, отображать траекторию движения с указанием точности позиционирования в каждой точке относительно деревьев в рядах садовых насаждений, скорости движения и угла поворота колес. (Результаты и обсуждение) Реализовали автономное выполнение роботизированной платформой заданных маршрутов, взаимодействие программы с аппаратной частью роботизированной платформы. Провели полевое тестирование разработанного программного обеспечения. (Выводы) Подтвердили заданную точность позиционирования роботизированной платформы в междурядьях садов интенсивного типа 3,5 метра, максимальное отклонение при движении по карте задания с использованием спутниковой навигации и инерциальной системы составило 164 миллиметра, что удовлетворяет агротехнические требования к механизированной уборке плодов.

A model of the movement of a robotic platform adapted to the conditions of an industrial orchard is proposed. (Research purpose) Development of a motion control system for an autonomous robotic wheeled platform based on inertial and satellite navigation and traversed path calculation, which will allow it to move in an apple orchard and automatically perform various technological operations, such as fertilization, growth diseases control of, fruit harvesting. (Materials and methods) A mathematical model was developed to control the movement of a robotic platform, taking into account the turning radii of three types, the length of the arc of the performed circle, the speed of movement in the garden plantation rows using a garden electronic map. The method used allows implementing a program for the robotic platform automatic movement around a typical orchard using a minimum set of sensors, significantly reducing the load on the onboard computer processor and memory. Software, developed in the Python programming language, enables plotting the robotic platform route, displaying the movement trajectory, and indicating the positioning accuracy at each point in relation to the trees in the garden plantation rows, the movement speed and the wheel rotation angle. (Results and discussion) The robotic platform managed to autonomously pass the preset routes, while the interaction of the software and the robotic platform hardware was provided. A field testing of the developed software was performed. (Conclusions) The specified accuracy of the robotic platform positioning was confirmed for the 3.5-meter aisles of intensive orchards. The maximum deviation from the task map using satellite and inertial navigation system was 164 millimeters, which complies with the agrotechnical requirements for mechanized fruit harvesting.

автоматизация садоводствароботизированная платформауправление движением роботизированной платформыпостроение маршрутаалгоритм управленияавтономная навигация в садахgardening automationrobotic platformrobotic platform motion controlroute settingcontrol algorithmautonomous navigation in gardensReferencesShafi, U., Mumtaz R., García-Nieto J., Hassan S.A., Zaidi S.A.R., Iqbal N. Precision agriculture techniques and practices: Fromconsiderations to applications. Sensors. 2019. N9. 3796.Shafi, U., Mumtaz R., García-Nieto J., Hassan S.A., Zaidi S.A.R., Iqbal N. Precision agriculture techniques and practices: Fromconsiderations to applications. Sensors. 2019. N9. 3796 (In English).Moysiadis V., Sarigiannidis P., Vitsas V., Khelifi A. Smart farming in Europe. Computer Science Review. 2021. N39. 100345.Moysiadis V., Sarigiannidis P., Vitsas V., Khelifi A. Smart farming in Europe. Computer Science Review. 2021. N39. 100345 (In English).Blok P., Boheemen K., van Evert F.K., IJsselmuiden J., Kim G.-H. Robot navigation in orchards with localization based on Particle filter and Kalman filter. Computers and Electronics in Agriculture. 2019. N157. 261-269.Blok P., Boheemen K., van Evert F.K., IJsselmuiden J., Kim G.-H. Robot navigation in orchards with localization based on Particle filter and Kalman filter. Computers and Electronics in Agriculture. 2019. N157. 261-269 (In English).Himesh S. Digital revolution and Big Data: A new revolution in agriculture. CAB Reviews. 2018. N13. 1-7.Himesh S. Digital revolution and Big Data: A new revolution in agriculture. CAB Reviews. 2018. N13. 1-7 (In English).Zhang Y. The Role of Precision Agriculture. Resource. 2019. N19. 9.Zhang Y. The Role of Precision Agriculture. Resource. 2019. N19. 9 (In English).Khort D.O., Kutyrev A.I., Smirnov I.G. Research into the Parameters of a Robotic Platform for Harvesting Apples. Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. N463. 149-159.Khort D.O., Kutyrev A.I., Smirnov I.G. Research into the Parameters of a Robotic Platform for Harvesting Apples. Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. N463. 149-159 (In English).Bochtis D., Griepentrog H.W., Vougioukas S., Busato P., Berruto R., Zhou K. Route planning for orchard operations. Computers and Electronics in Agriculture. 2015. N113. 51-60.Bochtis D., Griepentrog H.W., Vougioukas S., Busato P., Berruto R., Zhou K. Route planning for orchard operations. Computers and Electronics in Agriculture. 2015. N113. 51-60 (In English).Khort D., Kutyrev A., Filippov R., Semichev S. Development control system robotic platform for horticulture. E3S Web of Conferences. 2021. N262. 01024.Khort D., Kutyrev A., Filippov R., Semichev S. Development control system robotic platform for horticulture. E3S Web of Conferences. 2021. N262. 01024 (In English).Andersen J.C., Ravn O., Andersen N.A. Autonomous rule-based robot navigation in orchards. Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, Lecce, Italy. 2010. Vol. 43(16). 43-48.Andersen J.C., Ravn O., Andersen N.A. Autonomous rule-based robot navigation in orchards. Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, Lecce, Italy. 2010. Vol. 43(16). 43-48 (In English).Radcliffe J., Cox J., Bulanon D.M. Machine vision for orchard navigation. Computers in Industry. 2018. N98. 165-171.Radcliffe J., Cox J., Bulanon D.M. Machine vision for orchard navigation. Computers in Industry. 2018. N98. 165-171 (In English).Harper N., McKerrow P. Recognising plants with ultrasonic sensing for mobile robot navigation. Robotics and Autonomous Systems. 2001. N34(2-3). 71-82.Harper N., McKerrow P. Recognising plants with ultrasonic sensing for mobile robot navigation. Robotics and Autonomous Systems. 2001. N34(2-3). 71-82 (In English).Blok P., Boheemen K., van Evert F.K., IJsselmuiden J., Kim G.-H. Robot navigation in orchards with localization based on Particle filter and Kalman filter. Computers and Electronics in Agriculture. 2019. N157. 261-269.Blok P., Boheemen K., van Evert F.K., IJsselmuiden J., Kim G.-H. Robot navigation in orchards with localization based on Particle filter and Kalman filter. Computers and Electronics in Agriculture. 2019. N157. 261-269 (In English).Jones M.H., Bell J., Dredge D., Seabright M., Scarfe A., Duke M., MacDonald B. Design and testing of a heavy-duty platform for autonomous navigation in kiwifruit orchards. Biosystems Engineering. 2019. N187. 129-146.Jones M.H., Bell J., Dredge D., Seabright M., Scarfe A., Duke M., MacDonald B. Design and testing of a heavy-duty platform for autonomous navigation in kiwifruit orchards. Biosystems Engineering. 2019. N187. 129-146 (In English).Park H., Kwon J., Hwang T., Kim D.A. Development of Effective Object Detection System Using Multi-Device LiDAR Sensor in Vehicle Driving Environment. Journal of the KoreaInstitute of Electronic Communication Sciences. 2018. Vol. 13(2). 313-320.Park H., Kwon J., Hwang T., Kim D.A. Development of Effective Object Detection System Using Multi-Device LiDAR Sensor in Vehicle Driving Environment. Journal of the KoreaInstitute of Electronic Communication Sciences. 2018. Vol. 13(2). 313-320 (In English).Kim M., Bae S., Kim H. Real-Time 3D-LiDAR Object Detection in Autonomous Vehicle Systems Using Cluster-Based Candidates and DeepLearning. Journal of the institute of control robotics andsystems. 2019. Vol. 25(9). 795-801.Kim M., Bae S., Kim H. Real-Time 3D-LiDAR Object Detection in Autonomous Vehicle Systems Using Cluster-Based Candidates and DeepLearning. Journal of the institute of control robotics and systems. 2019. Vol. 25(9). 795-801 (In English).Zong C.G., Ji Z.J., Yu Y., Shi H. Research on obstacle avoidance method for mobile robot based on multisensor information fusion. Sensors and Materials. 2020. N32. 1159-1170.Zong C.G., Ji Z.J., Yu Y., Shi H. Research on obstacle avoidance method for mobile robot based on multisensor information fusion. Sensors and Materials. 2020. N32. 1159-1170 (In English).Teixid M., Pallej T., Font D., Tresanchez M., Moreno J., Palacn J. Two-Dimensional RadialLaser Scanning for Circular Marker Detection and External Mobile Robot Tracking. Sensors. 2012. N12. 16482-16497.Teixid M., Pallej T., Font D., Tresanchez M., Moreno J., Palacn J. Two-Dimensional Radial Laser Scanning for Circular Marker Detection and External Mobile Robot Tracking. Sensors. 2012. N12. 16482-16497 (In English).Garrido M. Active optical sensors for tree stem detection and classification in nurseries. Sensors. 2014. N14(6). 10783-10803.Garrido M. Active optical sensors for tree stem detection and classification in nurseries. Sensors. 2014. N14(6). 10783-10803 (In English).Luan P.G., Thinh N.T. Real-Time Hybrid Navigation System-Based Path Planning and Obstacle Avoidance for Mobile Robots. Applied Sciences. 2020. N10. 3355.Luan P.G., Thinh N.T. Real-Time Hybrid Navigation System-Based Path Planning and Obstacle Avoidance for Mobile Robots. Applied Sciences. 2020. N10. 3355 (In English).Ненайденко А.С., Поддубный В.И., Валекжанин А.И. Моделирование управления движением колесной сельскохозяйственной машины в режиме реального времени // Тракторы и сельхозмашины. 2018. N3. С. 32-38.Nenaydenko A.S., Poddubnyy V.I., Valekzhanin A.I. Modelirovanie upravleniya dvizheniem kolesnoy sel'skokhozyaystvennoy mashiny v rezhime real'nogo vremeni [Simulation of the movement control of a wheeled agricultural machine in real time]. Traktory i sel'hozmashiny. 2018. N3. 32-38 (In Russian).Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. и др. О синтезе роботизированного сельскохозяйственного мабильного агрегата // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2019. N4. С. 63-68.Izmaylov A.Yu., Lobachevskiy YaA.P., Tsench Yu.S., et al. O sinteze robotizirovannogo sel’skokhozyaystvennogo mabil’nogo agregata [About the synthesis of a robotic agricultural mobile unit]. Vestnik rossiyskoy sel’skokhozyaystvennoy nauki. 2019. N4. 63-68 (In Russian).Бейлис В.М., Ценч Ю.С., Коротченя В.М., Старовойтов С.И., Кынев Н.Г. Тенденции развития прогрессивных машинных технологий и техники в сельскохозяйственном производстве // Вестник ВИЭСХ. 2018. N4 (33). С. 150-156.Beylis V.M., Tsench Yu.S., Korotchenya V.M., Starovoytov S.I., Kynev N.G. Tendentsii razvitiya progressivnykh mashinnykh tekhnologiy i tekhniki v sel'skokhozyaystvennom proizvodstve [Trends in the development of advanced machine technologies and machinery in agricultural production]. Vestnik VIESH. 2018. N4(33). 150-156 (In Russian).Годжаев З.Д., Шевцов В.Г., Лавров А.В., Ценч Ю.С., Зубина В.А. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России до 2030 года (Прогноз) // Технический сервис машин. 2019. N4(137). C. 220-229.Godzhaev Z.D., Shevtsov V.G., Lavrov A.V., Tsench Yu.S., Zubina V.A. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoy modernizatsii sel'skogo khozyaystva Rossii do 2030 goda (Prognoz) [Strategy of machine-technological modernization of agriculture in Russia until 2030 (Forecast)]. Tekhnicheskiy servis mashin. 2019. N4(137). 220-229 (In Russian).

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