Автоматизированный машинно-тракторный агрегат для кормопроизводства

Точное земледелие значительно развивается в последние годы благодаря достижениям в области роботизации и автоматизации. В научной статье разработали автоматизированный сельскохозяйственный машинно-тракторный агрегат (МТА) путем использования универсальных мехатронных модулей систем его управления для скашивания трав. (Цель исследования) Разработать функционально-технологическую схему автоматизированного МТА и универсальные мехатронные модули, устанавливаемые на механические органы управления оператора, для автоматического выполнения технологического процесса скашивания трав. (Материалы и методы) Разработана функционально-технологическая схема МТА. Машинно-тракторный агрегат состоит из системы дистанционного управления, трактора, системы контроля и управления доступом (СКУД) к МТА и технологической машины. Описана методика автоматического управления МТА на агроландшафте. Выполнено теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров универсальных мехатронных модулей для управления сцеплением и тормозной системой. Проведен расчет механизма мехатронного модуля и определены: передаточное отношение винтовой передачи, ход винта и скорость перемещения гайки. Установлена зависимость изменения скорости хода педали (угла перемещения педали) от скорости перемещения гайки мехатронного модуля воздействия. Разработано программное обеспечение на языке программирования для контроллера управления универсальными мехатронными модулями. (Результаты и обсуждение) Дистанционным способом, используя пульт оператора, реализовали автоматическое управление МТА, в составе колесного трактора ЛТЗ-120Б + роторной косилки КРН-2,4, на агроландшафте. Провели полевое тестирование взаимодействия программы с аппаратной частью универсальных мехатронных модулей систем управления МТА. Сравнительные экспериментальные исследования с оператором и в автоматическом режиме (с применением мехатронных приводов) проведены при выполнении операции кошения травы машинно-тракторным агрегатом при прямолинейном движении. (Выводы) Предварительные исследования автоматизированного сельскохозяйственного машинно-тракторного агрегата показали, что значения эксплуатационных показателей при работе с косилкой находятся в допустимых пределах, например производительность за 1 час основного времени составила 3,56 гектара, рабочая скорость движения – 10±0,3 км/ч, а высота среза трав – 8±1 сантиметров.

1. Ren X., Huang B., Yin H. A review of the large-scale application of autonomous mobility of agricultural platform. Computers and Electronics in Agriculture. 2023. 206. 107628. DOI: 10.1016/j.compag.2023.107628.

2. Noguchi N. Agricultural vehicle robot. Journal of Robo­tics and Mechatronics. 2018. 30(2). 165-172. DOI: 10.20965/jrm.2018.p0165.

3. Bochtis D.D., Sоrensen C.G.C., Busato P. Advances in agricultural machinery management: A review. Biosyst. Eng. 2014. 126. 69-81. DOI: 10.1016/j.biosystem­seng.2014.07.012.

4. Plessen M.G., Bemporad A. Reference trajectory planning under constraints and path tracking using linear time-varying model predictive control for agricultural machines. Biosyst. Eng. 2017. 153. 28-41. DOI: 10.1016/j.biosystem­seng.2016.10.019.

5. Bai Y. et al. Vision-based navigation and guidance for agricultural autonomous vehicles and robots: A review. Computers and Electronics in Agriculture. 2023. 205. 107584. DOI: 10.1016/j.compag.2022.107584.

6. Годжаев З.А., Гришин А.П., Гришин А.А., Гришин В.А. Беспилотное мобильное энергосредство сельскохозяйственного назначения // Тракторы и сельхозмашины. 2016. N10. С. 41-44. EDN: WWHVXJ.

7. Liu L. et al. Path planning techniques for mobile robots: Review and prospect. Expert Syst. Appl. 2023. 227. 120254. DOI: 10.1016/j.eswa.2023.120254.

8. Alberto-Rodriguez A. et al. Review of control on agricultural robot tractors. Int. J. Comb. Optim. Probl. Inform. 2020. 11. 9-20.

9. Heikkilä M. et al. Unmanned agricultural tractors in private mobile. Networks. 2022. 2. 1-20. DOI: 10.3390/network2010001.

10. 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. EDN: XSEMKD.

11. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. и др. О синтезе роботизированного сельскохозяйственного мобильного агрегата // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2019. N4. С. 63-68. EDN: GBEQZI.

12. 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. EDN: YTHPID.

13. Yin X., Du J., Geng D., Jin C. Development of an automatically guided rice transplanter using RTK-GNSS and IMU. IFAC PapersOnLine. 2018. 51. 374-378. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.08.193.

14. Han J.-H. et al. Performance evaluation of an autonomously driven agricultural vehicle in an orchard environment. Sensors. 2021. 22. 114. DOI: 10.3390/s22010114.

15. Qiao N. et al. An improved path-tracking controller with mid-angle adaptive calibration for combine harvester. J. Instrum. 2020. 15. P1025. DOI: 10.1088/1748-0221/15/01/P01025.

16. Васильев С.А., Васильев А.А., Затылков Н.И. Противоэрозионная контурная обработка почвы машинно-тракторными агрегатами на агроландшафтах склоновых земель // Вестник НГИЭИ. 2018. N 5 (84). С. 43-54. EDN: XNDFZR.

17. Годжаев З.А., Шевцов В.Г., Лавров А.В. и др. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России до 2030 года (Прогноз) // Технический сервис машин. 2019. N4(137). C. 220-229. EDN: DMOGNR.

18. Blok P. et al. Robot navigation in orchards with localization based on Particle filter and Kalman filter. Computers and Electronics in Agriculture. 2019. N157. 261-269. DOI: 10.1016/j.compag.2018.12.046.

19. Kim D. H. et al. Analysis of driving performance evaluation for an unmanned. IFAC PapersOnLine. 2018. 51-17. 227-231. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.08.149. (In English).

20. Измайлов А. Ю., Лобачевский Я. П., Хорошенков В.К. и др. Оптимизация управления технологическими процессами в растениеводстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N3. С. 4-11. DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-3-4-11.

21. Кряжков В.М., Годжаев З.А., Шевцов В.Г. и др. Проб­лемы формирования инновационного парка сельскохозяйственных тракторов России // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2015. N3. С. 9-14. EDN: TTLVRR.