Захид Адыгезалович Годжаев, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук
Москва
Zakhid A. Godzhaev, Dr.Sc.(Eng.), professor, corresponding member of the Russian academy of sciences
Moscow
Сергей Анатольевич Васильев, доктор технических наук, профессор
г. Чебоксары, Чувашская Республика
г. Княгинино
Sergey A. Vasiliev, Dr.Sc.(Eng.), head of the department
Cheboksary, Chuvash Republic
Knyaginino
Сергей Александрович Мишин, ассистент
г. Чебоксары, Чувашская Республика
Sergey A. Mishin, assistant professor of the department
Cheboksary, Chuvash Republic
Евгений Альбертович Максимов, кандидат технических наук, доцент
г. Чебоксары, Чувашская Республика
Evgeny A. Maximov, Ph.D.(Eng.), associate professor
Cheboksary, Chuvash Republic
Владимир Петрович Филиппов, кандидат физико-математических наук, доцент
г. Чебоксары, Чувашская Республика
Vladimir P. Filippov, Ph.D.(Phys.-Math.), associate professor
Cheboksary, Chuvash Republic
Отметили, что в применении беспилотных технологий важную роль играет планирование пути агрегата. Машинно- тракторные агрегаты (МТА), оснащенные автоматизированными системами управления и навесными сельскохозяйственными машинами, способны выполнять оригинальные способы движения и повороты на поле, в том числе реверсивное движение на склонах. На мелкоконтурных участках процент холостых ходов достаточно велик, и за счет минимизации пути или времени поворота можно увеличить производительность агротехнических приемов. (Цель исследования) Рассчитать оптимальный поворот при реверсивном движении автоматизированного машинно-тракторного агрегата. (Материалы и методы) Расчет оптимального движения на поворотной полосе для повышения эксплуатационной эффективности МТА является важной частью планирования маршрута. На ограниченном пространстве расчет оптимальной траектории поворота представляет собой сложную задачу динамической нелинейной оптимизации, трудно разрешимую традиционными численными методами. Рассмотрены дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода для криволинейного движения МТА в декартовой системе. Однако решения этой системы уравнений, определяющие семейство «игольчатых разворотов» реверсивного движения, будут постоянно ограничены. Для расчета короткого поворота в ограниченных условиях использовался метод оптимизации поворотной полосы. (Результаты и обсуждение) Разработаны кинематические модели МТА с роторной косилкой и сформулированы проблемы оптимизации движения на поворотной полосе с учетом эксплуатационных ограничений. Рассмотрены сценарии поворота от симметричного до несимметричного игольчатого и выбран оптимальный. Благодаря интеграции модели МТА в технологический процесс путем оптимизации на сельскохозяйственном участке был получен и рассчитан для заданных условий эксплуатации альтернативный вариант – фасонный поворот с определенными параметрами. (Выводы) Аналитические исследования автоматизированного МТА с косилкой показали, что значения эксплуатационных и геометрических показателей для фасонного поворота укладываются в минимальную ширину разворота 3,65 метра и длину пути 7,74 метра (характеристики мини-трактора «Уралец 22» и роторной косилки Н-17).
Path planning is a crucial component in the application of unmanned agricultural technologies. Machine-tractor units (MTAs) equipped with automated control systems and mounted agricultural implements are capable of executing non-standard motion trajectories and turning maneuvers under fi eld conditions, including reversible motion on sloped terrain. On small- contour plots, the proportion of idle travel is relatively high; therefore, reducing travel distance or turning time can increase the productivity of agrotechnical operations. (Research purpose) To calculate the optimal turning maneuver during reversible motion of an automated machine-tractor unit. (Materials and methods) The calculation of optimal motion within the turning zone is a key element of route planning aimed at improving the operational efficiency of a machine–tractor unit (MTA). Under constrained headland conditions, optimization of the turning trajectory becomes a complex dynamic nonlinear problem that is difficult to solve using traditional numerical methods. The study considered Lagrange’s second-order differential equations describing the curvilinear motion of a machine-tractor unit (MTA) in Cartesian coordinates. However, the solutions of this system of equations, which defi ne a family of “needle turns” for reversible motion, are inherently constrained. Therefore, to compute a short turn under constrained conditions, a turning zone optimization method was used. (Results and discussion) The study led to the development of kinematic models of a machine-tractor unit (MTA) equipped with a rotary mower and to the formulation of motion optimization problems within the turning zone under operational constraints. Turning scenarios ranging from symmetric to asymmetric needle turns were evaluated, and the optimal configuration was identified. Integration of the machine-tractor unit (MTA) model into the technological workflow enabled the calculation of an alternative turning option, a shaped turn with specific parameters for the given operating conditions. (Conclusions) Analytical studies of the automated agricultural machine–tractor unit (MTA) with a rotary mower demonstrated that the geometric and performance parameters of the shaped turn fall within a minimum turning width of 3.65 meters and a path length of 7.74 meters, corresponding to the technical characteristics of the Uralets 22 mini-tractor and the N-17 rotary mower.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.