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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).