Разработка и моделирование программно-аппаратного комплекса «Робот Feed Pusher» для обслуживания кормового стола на животноводческих комплексах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Анализ тенденций развития промышленных технологий в области сельского хозяйства показал, что производители технологического оборудования, применяемого в фермерском хозяйстве, используют роботизацию для исключения труда человека при выполнении трудоемких цикличных операций, которые сопровождаются высокой степенью напряженности. Выполнение операций по приготовлению и раздачи корма на ферме, обслуживанию кормового стола, а также навозоуборка требует использования колесной роботизированной платформы с автоматической системой позиционирования.

Цель работы ― разработка и апробация программно-аппаратного комплекса робот Feed Pusher для автономного выполнения операций по обслуживанию кормового стола на животноводческих комплексах.

Материалы и методы. Моделирование движения колесного робота, а также математическое описание кинематических и динамических характеристик движения колесного робота осуществлялось с использованием программного комплекса Matlab, библиотеки Simscape, в приложении Simulink. Для разработки макетов интерфейсов мобильного программного обеспечения по дистанционному управлению колесным роботом осуществлялось с использованием программы для графического дизайна Figma.

Результаты. В ходе программного моделирования движения колесного робота решены прямая и обратная задачи кинематики, заключающиеся в нахождении векторов ω1, ω2,  при входных параметрах x0, y0, φ0, x, y, φ, а также конечный угол курса (относительно горизонтали). Разработаны макеты интерфейсов программного обеспечения дистанционного управления роботом, а также проведена Front и Back разработка программы, адаптированная для использования посредствам смартфона. Проведена апробация колесного робота на животноводческом комплексе, в ходе обслуживания кормового стола и одномоментного выполнения операций по подталкиванию корма к ограждению и дозированию кормовых добавок.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования результатов математического моделирования движения колесного робота для настройки работы автоматической системы позиционирования. При этом фермер используя предлагаемый робот Feed Pusher обеспечит повышение технологической эффективности содержание купного рогатого скота, в частности молочного направления с прибавкой в надоях до 1-го литра в сутки на голову, что было определено в ходе испытаний на ферме.

Об авторах

Евгений Александрович Никитин

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

Автор, ответственный за переписку.
Email: evgeniy.nicks@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0918-2990

канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории «Инновационные технологии и технические средства кормления в животноводстве»

Россия, Москва

Денис Викторович Шилин

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

Email: deninfo@mail.ru

канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории «Цифровых систем и роботизированных технических средств в молочном животноводстве»

Россия, Москва

Юрий Григорьевич Иванов

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева

Email: iy.electro@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4766-9532

профессор, д-р техн. наук, и.о. заведующего кафедрой сельскохозяйственных машин

Москва

Станислав Михайлович Михайличенко

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева

Email: s.m.mikhailichenko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2305-2909

канд. техн. наук, доцент кафедры сельскохозяйственных машин

Россия, Москва

Дмитрий Андреевич Благов

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

Email: aspirantyra2013@gmail.com

канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории «Инновационные технологии и технические средства кормления в животноводстве»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Острецов В.Н., Жильцов В.В. Эффективность механизации животноводства // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2012. № 2(20). С. 115–119.
  2. Grothmann A., Nydegger F., Häußermann A., et al. Automatic feeding system (AFS) – potential for optimisation in dairy farming // Landtechnik. 2010. Vol. 65, N 2. P. 129–131.
  3. Скрябин И. Перезагрузка сознания - путь к обновлению // Животноводство России. 2018. № S2. С. 2–5.
  4. Захарчук Ф.О., Сёмин Е.В., Павлий В.С., и др. Повышение надоев молока за счет увеличения поедаемости кормов КРС // Актуальные вопросы современной науки и практики. Сборник научных статей по материалам X Международной научно-практической конференции. Уфа, 2023. С. 96–100.
  5. Быков С.Н. Роботизированные системы кормления для автоматизированных животноводческих комплексов // Современные тенденции сельскохозяйственного производства в мировой экономике. Материалы XVIII Международной научно-практической конференции. Кемерово, 2019. С. 164–172.
  6. Чехунов О.А., Воронин В.В. Многофункциональный агрегат для обслуживания стойловых помещений КРС // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2022. № 1 (33). С. 100–109.
  7. Михайлов Ф.М., Керимов М.А. Система автоматического подталкивания корма на фермах КРС // Интеллектуальный потенциал молодых ученых как драйвер развития АПК. Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и обучающихся. Санкт-Петербург, 2021. С. 317–319.
  8. Минина Н.Н. Применение инноваций в животноводстве белорусскими аграрными организациями как направление повышения их устойчивости // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. № 3. С. 28–32.
  9. Борисов В.И., Тарасов В.В., Тувин О.Н. Современные тенденции в области развития автоматических систем кормления коров // JARITS. 2020. № 18. С. 55–60. doi: 10.26160/2474-5901-2020-18-55-60
  10. Катков А.А., Калимуллин А.М., Седых Т.А., и др. Использование роботизированной техники в условиях откормочного комплекса // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 157–160.
  11. Суровцев В.Н. Повышение конкурентоспособности производства молока на основе синергии цифровизации и биотехнологии // Молочное и мясное скотоводство. 2019. № 4. С. 7–11.
  12. Лютых О.А. Современная инновационная молочная ферма // Эффективное животноводство. 2020. № 1 (158). С. 28–32.
  13. Жукова Е.А. Инновационное развитие АПК с использованием цифровых технологий // Актуальные вопросы развития современного общества. Сборник научных статей 10-й Всероссийской научно-практической конференции. Курск, 2020. С. 183–189.
  14. Крылова Н.П., Алешина Д.А. Цифровые тенденции в развитии современного АПК в России // Островские чтения. 2021. № 1. С. 30–34.
  15. Pezzuolo A., Chiumenti A., Sartori L., et al. Automatic feeding systems: evaluation of energy consumption and labour requirement in north-east Italy dairy farm // Engineering for Rural Development. 2016. Vol. 15. P. 882–887.
  16. Беляков М.В., Павкин Д.Ю., Никитин Е.А., и др. Обоснование выбора спектральных диапазонов фотолюминесцентного контроля состава и питательной ценности кормов // Техника и оборудование для села. 2023. № 2 (308). С. 31–36. doi: 10.33267/2072-9642-2023-2-31-36
  17. Кирсанов В.В., Павкин Д.Ю., Никитин Е.А., и др. Экспериментальное исследование лабораторного макета для дозирования кормовых добавок // Вестник НГИЭИ. 2023. № 1 (140). С. 23–33. doi: 10.24412/2227-9407-2023-1-23-33
  18. Никитин Е.А. Лабораторное исследование дозирующего устройства для кормовых добавок // Агроинженерия. 2023. Т. 25. № 1. С. 40–44. doi: 10.26897/2687-1149-2023-1-40-44

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты опроса использования популярных систем.

Скачать (148KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Условная схема робота Feed Pusher: 1 ― ведущее ко- лесо правое, 2 ― ведущее колесо левое, 3 ― опорное колесо, 4 ― шнек вспушиватель корма, 5 ― центр масс робота.

Скачать (32KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Начальное положение робота: 1 ― правое ведущее колесо, 2 ― левое приводное колесо, 3 ― вектор курса.

Скачать (45KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Угол курса.

Скачать (69KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость 1 2 ω , ω , ϕ от t на всех участках пути.

Скачать (146KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Траектория движения робота.

Скачать (132KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Траектория движения робота.

Скачать (132KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость 1 2 ω , ω , ϕ от t на всех участках пути.

Скачать (229KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Траектория движения робота.

Скачать (137KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Архитектура взаимодействия мо- бильного программного обеспечения.

Скачать (197KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Процесс испытания Робота Feed Pusher: a) процесс испытания робота; b) принципиальныя схема процесса обслуживания кормового стола; 1 ― робот Feed Pusher; 2 ― автоматическая станция зарядки АКБ и дозаправки бункера дозатора; 3 ― фронт кормления для обслуживания.

Скачать (264KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Макеты интерфейсов мобильного программного обеспечения для дистанционного управления роботом Feed Pusher.

Скачать (85KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».