Preview

Сельскохозяйственные машины и технологии

Расширенный поиск

Разработка устройства сопряжения для модульной сельскохозяйственной робототехнической платформы

https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-1-78-88

Полный текст:

Аннотация

Показали, что для создания многофункциональных робототехнических платформ сельскохозяйственного применения актуально использовать модульный принцип, который позволит устанавливать различное навесное оборудование в зависимости от задач, поставленных перед робототехническим средством. Отметили, что автономная реконфигурация снизит вмешательство человека в эксплуатацию и затраты на обслуживание. (Цель исследования) Разработать масштабируемое устройство сопряжения функциональных модулей с базовой сельскохозяйственной робототехнической платформой, которое сможет обеспечить механическую фиксацию, передачу энергии и информационный обмен. (Материалы и методы) Провели анализ исследовательских работ в направлении решений для сопряжения модулей в робототехнических комплексах, отметили их достоинства и недостатки. Создали структуру механизма сопряжения для обеспечения корректного взаимного положения и фиксации модуля с базовой платформой при возможности энергетического и информационного обмена. (Результаты и обсуждение) Вывели расчетные соотношения для устройства сопряжения, позволяющие вычислять допустимые линейные смещения и допустимое угловое отклонение сопрягаемых элементов механизма. Определили основные размеры прототипа устройства по заданным допустимым линейными отклонениями в диапазоне до 10-13 миллиметров и с допустимым угловым отклонением 20 градусов. Реализовали прототип устройства сопряжения с габаритными размерами: длина – 200 миллиметров, ширина – 130, высота – 58 миллиметров. Провели с ним эксперименты, изменяя линейные и угловые отклонения сопрягаемых элементов. (Выводы) Определили, что успешное сопряжение происходит в 98 процентах случаев при соблюдении допустимых расчетных смещений. Заключили, что предложенное устройство сопряжения позволит реализовать автономную замену модулей многофункциональных робототехнических платформ.

Об авторах

К. Д. Крестовников
Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук; Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации
Россия

Константин Дмитриевич Крестовников, младший научный сотрудник

Санкт-Петербург



А. А. Ерашов
Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук; Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации
Россия

Алексей Алексеевич Ерашов, младший научный сотрудник

Санкт-Петербург



Ю. Г. Васюнина
Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук; Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации
Россия

Юлия Геннадиевна Васюнина, программист

Санкт-Петербург



А. И. Савельев
Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук; Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации
Россия

Антон Игоревич Савельев, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург



Список литературы

1. Chen I.-M., Yim M. Modular Robots. Springer Handbook of Robotics. 2016. 531-542.

2. Yim M., Shirmohammadi B., Sastra J., Park M., Dugan M., Taylor C. J. Towards robotic self-reassembly after explosion. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2007. 2767-2772.

3. Yim M., Shen W.M., Salemi B., Rus D., Moll M., Lipson H., Chirikjian G.S. Modular self-reconfigurable robot systems [grand challenges of robotics]. IEEE Robotics and Automation Magazine. 2007. N14(1). 43-52.

4. Cantelli L., Bonaccorso F., Longo D., Melita C.D., Schillaci G., Muscato G. A small versatile electrical robot for autonomous spraying in agriculture. AgriEngineering. 2019. N1(3) 391-402.

5. Tabile R.A., Godoy E.P., Pereira R.R., Tangerino G.T., Porto A.J., Inamasu R.Y. Projeto e desenvolvimento da arquitetura de um robô agrícola móvel. Engenharia Agrícola. 2011. N31(1). 130-142.

6. Quaglia G., Visconte C., Scimmi L. S., Melchiorre M., Cavallone P., Pastorelli S. Robot arm and control architecture integration on a UGV for precision agriculture. Advances in Mechanism and Machine Science. 2019. 2339-2348.

7. Pecka A., Osadcuks V. Conceptual Design of Modular Multi Functional Agricultural Mobile Robot. Research for rural development. 2018. N1. 202-206.

8. Bawden O., Kulk J., Russell R., McCool C., English A., Dayoub F., Perez T. Robot for weed species plant-specific management. Journal of Field Robotics. 2017. N34(6). 1179-1199.

9. Grimstad L., From P.J. Software components of the Thorvald II modular robot. Modeling, Identification and Control. 2018. N3. 157-165.

10. Grimstad L., From P.J. Thorvald II – a Modular and Re-configurable Agricultural Robot. IFAC-PapersOnLine. 2017. N50(1). 4588-4593.

11. Grimstad L., From P.J. The Thorvald II agricultural robotic system. Robotics. 2017. N6(4). 24.

12. Lee H.-Y., Murray C.C. Robotics in order picking: evaluating warehouse layouts for pick, place, and transport vehicle routing systems. International Journal of Production Research. 2018. N57(18). 5821-5841.

13. Schulz T., Holthaus P., Amirabdollahian F., Koay K. L. Humans' perception of a robot moving using a slow in and slow out velocity profile. ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction. 2019. 594-595.

14. Chen Y., Leighton B., Zhu H., Ke X., Liu S., Zhao L. Submap-based indoor navigation system for the Fetch robot. IEEE Access. 2020. N8. 81479-81491.

15. Wise M., Ferguson M., King D., Diehr E., Dymesich D. Fetch and freight: Standard platforms for service robot applications. Workshop on autonomous mobile service robots. 2016.

16. Andreev V., Kim V. Control System and Design of the Motion Module of a Heterogeneous Modular Mobile Robot. Annals of DAAAM & Proceedings. 2016. N27. 0586-0594.

17. Yim M., Shirmohammadi B., Sastra J., Park M., Dugan M., Taylor C. J. Towards robotic self-reassembly after explosion. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2007. 2767-2772.

18. Salemi B., Moll M., Shen W.M. SUPERBOT: A deployable, multi-functional, and modular self-reconfigurable robotic system. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2006. 3636-3641.

19. Yim M., Roufas K., Duff D., Zhang Y., Eldershaw C., Homans S. Modular reconfigurable robots in space applications. Auton Robot. 2003. N14. 225-237.

20. Zhang T., Zhang W., Gupta M.M. An underactuated self-reconfigurable robot and the reconfiguration evolution. Mechanism and Machine Theory. 2018. N124. 248-258.

21. Liu Y., Wei R., Dong H., Zhu Y., Zhao J. A Designation of Modular Mobile Reconfigurable Platform System. Journal of Mechanics in Medicine and Biology. 2020. N20(09). 2040006.

22. Sproewitz A., Asadpour M., Bourquin Y., Ijspeert A.J. An active connection mechanism for modular self-reconfigurable robotic systems based on physical latching. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2008. 3508-3513.

23. Sproewitz A., Asadpour M., Billard A., Dillenbourg P., Ijspeert A. Roombots – modular robots for adaptive furniture. IROS Workshop on Self-Reconfigurable Robots, Systems and Applications. 2008.

24. Nielsen J., Lund H.H. Modular robotics as a tool for education and entertainment. Computers in Human Behavior. 2008. N24(2). 234-248.

25. Zykov V., Chan A., Lipson H. Molecubes: An open-source modular robotics kit. IROS Self-Reconfigurable Robotics Workshop. 2007. 3-6.

26. Zykov V., Phelps W., Lassabe N., Lipson H. Molecubes extended: Diversifying capabilities of open-source modular robotics. IROS Self-Reconfigurable Robotics Workshop. 2008. 22-26.

27. Zykov V., Mytilinaios E., Desnoyer M., Lipson H. Evolved and designed self-reproducing modular robotics. IEEE Transactions on robotics. 2007. N23(2). 308-319.

28. Romanishin J.W., Gilpin K., Rus D. M-Blocks: Momentum-Driven, Magnetic Modular Robots. Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2013. 4288-4295.

29. Lyder A., Stoy K., Garciá R. F. M., Larsen J. C., Herman­sen P. On sub-modularization and morphological heterogeneity in modular robotics. Intelligent Autonomous Systems. 2012. 649-661.

30. Lyder A., Garcia R.F.M., Stoy K. Mechanical design of Odin, an extendable heterogeneous deformable modular robot. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2008. 883-888.

31. Parrott C., Dodd T.J., Groß R. HiGen: A high-speed genderless mechanical connection mechanism with single-sided disconnect for self-reconfigurable modular robots. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2014. 3926-3932.

32. Jensen K., Nielsen S. H., Joergensen R. N., Boegild A., Jacobsen N. J., Joergensen O. J., Jaeger-Hansen C. L. A low cost, modular robotics tool carrier for precision agriculture research. Proceedings of the 11th International Conference on Precision Agriculture. 2012.

33. White P.J., Kopanski K., Lipson H. Stochastic self-reconfigurable cellular robotics. IEEE International Conference on Robotics and Automation Proceedings. 2004. N3. 2888-2893.

34. Андреев В.П., Плетенев П.Ф. Метод информационного взаимодействия для систем распределенного управления в роботах с модульной архитектурой // Труды СПИИРАН. 2018. N57(2). C. 134-160.

35. Косенко В.В., Шаров В.В., Ценч Ю.С. Главные конструкторы Волгоградских тракторов. К 90-летию СТЗ-ВГТЗ // История науки и техники. 2020. N8. С. 85-97.


Рецензия

Для цитирования:


Крестовников К.Д., Ерашов А.А., Васюнина Ю.Г., Савельев А.И. Разработка устройства сопряжения для модульной сельскохозяйственной робототехнической платформы. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022;16(1):78-88. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-1-78-88

For citation:


Krestovnikov K.D., Erashov A.A., Vasyunina Yu.G., Savel'ev A.I. Development of Interface Device for Modular Agricultural Robotic Platform. Agricultural Machinery and Technologies. 2022;16(1):78-88. (In Russ.) https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-1-78-88

Просмотров: 129


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-7599 (Print)
ISSN 2618-6748 (Online)