Обоснование выбора системы позиционирования для управления движением мобильного сельскохозяйственного робота

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.

1. Богуренко П.А., Бурлаков М.Е. Обзор методов локального позиционирования объектов в WI-FI сетях // Вестник ПНИПУ. 2017. N23. С. 146-158.

2. Овчинников С. Системы позиционирования и мониторинга // Технологии и средства связи. 2014. N2. С. 18-22.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Дмитриев В. Технология передачи информации с использованием сверхширокополосных сигналов (UWB) // Компоненты и технологии. 2004. N1(36). С. 64-67.

8. 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.

9. 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.

10. Гимаранов Р.Р., Киричек Р.В., Шпаков М.Н. Технология межмашинного взаимодействия LORA // Информационные технологии и телекоммуникации. 2015. Т. 3. N2. С. 62-73.

11. Finkenzeller K. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. New York: John Wiley & Sons. 2003. 462.

12. Пантюхин А.Р., Беляев А.С. Система определения местоположения объектов внутри помещений // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. N10-3(64). С. 81-84.

13. 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.

14. 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.

15. Андоленко В.И., Клюшин Е.Б. Исследование точности радиальных симметричных сетей трилатерации // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1990. N2. C. 3-12.

16. Авакян В.В. Прикладная геодезия: технологии инженерно-геодезических работ. М.: Инфра-Инженерия. 2016. 588 с.

17. 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.