Development and simulation of the Feed Pusher Robot software and hardware system for the maintenance of the feed table at livestock facilities

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Analysis of trends in the development of industrial technologies in the field of agriculture showed that manufacturers of technological equipment used on farms turn to robotics to exclude human labor when performing labor-intensive cyclical operations that are accompanied by a high degree of tension. To perform operations for the preparation and distribution of feed on a farm, maintenance of the feed table, as well as for manure harvesting, it is necessary to use a wheeled robotic platform with an automatic positioning system.

AIMS: Development and testing of the software and hardware system of the Feed Pusher robot for the autonomous execution of operations for the maintenance of the feed table at livestock facilities.

METHODS: Wheeled robot motion simulation, as well as a mathematical description of the kinematic and dynamic properties of the wheeled robot motion was carried out using the MATLAB software and the Simscape library and the Simulink application. The Figma graphic design software was used to develop layouts of mobile software interfaces for the wheeled robot remote control.

RESULTS: During the wheeled robot motion simulation, direct and inverse kinematics problems were solved, consisting in finding the ω1, ω2,  vectors with the input parameters x0, y0, φ0, x, y, φ, as well as the final angle of the path (relative to the horizontal). Layouts of the robot remote control software interfaces have been developed, as well as the frontend and backend development of the program adapted to the use at a smartphone has been carried out. The testing of the wheeled robot was carried out at a livestock facility, during the maintenance of the feed table and the simultaneous execution of operations to push the feed to the fence and dosing of feed additives.

CONCLUSIONS: The practical value of the research lies in the possibility of using the results of the wheeled robot motion simulation to adjust the operation of the automatic positioning system. At the same time, the farmer using the proposed Feed Pusher robot will ensure an increase in the technological efficiency of cattle keeping, in particular dairy cattle, with an increase in milk yields up to 1 liter per day per head, which was determined during the tests on the farm.

About the authors

Evgeniy A. Nikitin

Federal Agroengineering Center VIM

Author for correspondence.
Email: evgeniy.nicks@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0918-2990

Senior Researcher of the Laboratory for Innovative Technologies and Technical Tools of Feeding in Animal Husbandry

Russian Federation, Moscow

Denis V. Shilin

Federal Agroengineering Center VIM

Email: deninfo@mail.ru

Cand. Sci. (Tech.), Senior Researcher of the Laboratory for Digital Systems and Robotic Technical Tools in Dairy Farming

Russian Federation, Moscow

Yuriy G. Ivanov

Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy

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

Professor, Dr. Sci. (Tech.), Acting Head of the Agricultural Machines Department

Moscow

Stanislav M. mikhailichenko

Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy

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

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Agricultural Machines Department

Russian Federation, Moscow

Dmitriy A. Blagov

Federal Agroengineering Center VIM

Email: aspirantyra2013@gmail.com

Cand. Sci. (Bio.), Senior Researcher of the Laboratory for Innovative Technologies and Technical Tools of Feeding in Animal Husbandry

Russian Federation, Moscow

References

  1. Ostretsov VN, Zhiltsov VV. Efficiency of livestock mechanization. Ekonomicheskie i sotsialnye peremeny: fakty, tendentsii, prognoz. 2012;2(20):115–119. (in Russ).
  2. Grothmann A, Nydegger F, Häußermann A, et al. Automatic feeding system (AFS) – potential for optimisation in dairy farming. Landtechnik. 2010;65(2):129–131.
  3. Scriabin I. Rebooting consciousness – the path to renewal. Zhivotnovodstvo Rossii. 2018;S2:2–5. (in Russ).
  4. Zakharchuk FO, Semin EV, Pavliy VS, et al. Increasing milk yield by increasing the palatability of cattle feed. In: Current issues of modern science and practice. Collection of scientific articles based on materials of the X International Scientific and Practical Conference. Ufa; 2023:96–100. (in Russ).
  5. Bykov SN. Robotic feeding systems for automated livestock complexes. In: Modern trends in agricultural production in the world economy. Materials of the XVIII International Scientific and Practical Conference. Kemerovo; 2019:164–172. (in Russ).
  6. Chekhunov OA, Voronin VV. Multifunctional unit for servicing cattle stalls. Innovatsii v APK: problemy i perspektivy. 2022;1(33):100–109. (in Russ).
  7. Mikhailov FM, Kerimov MA. System of automatic pushing of feed on cattle farms. In: Intellectual potential of young scientists as a driver of development of the agro-industrial complex. Materials of the international scientific and practical conference of young scientists and students. Saint Petersburg; 2021:317–319. (in Russ).
  8. Minina NN. Application of innovations in livestock farming by Belarusian agricultural organizations as a direction to increase their sustainability. Vestnik Belorusskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. 2022;3:28–32. (in Russ).
  9. Borisov VI, Tarasov VV, Tuvin ON. Current trends in the development of automatic cow feeding systems. JARITS. 2020;18:55–60. (in Russ). doi: 10.26160/2474-5901-2020-18-55-60
  10. Katkov AA, Kalimullin AM, Sedykh TA, et al. The use of robotic technology in a feeding complex. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019;3(77):157–160. (in Russ).
  11. Surovtsev VN. Increasing the competitiveness of milk production based on the synergy of digitalization and biotechnology. Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2019;4:7–11. (in Russ).
  12. Lyutykh OA. Modern innovative dairy farm. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2020;1(158):28–32. (in Russ).
  13. Zhukova EA. Innovative development of the agro-industrial complex using digital technologies. In: Actual issues of the development of modern society. Collection of scientific articles of the 10th All-Russian Scientific and Practical Conference. Kursk; 2020:183–189. (in Russ).
  14. Krylova NP, Aleshina DA. Digital trends in the development of modern agro-industrial complex in Russia. Ostrovskie chteniya. 2021;1:30–34. (in Russ).
  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;15:882–887.
  16. Belyakov MV, Pavkin DYu, Nikitin EA, et al. Justification for the choice of spectral ranges for photoluminescent control of the composition and nutritional value of feed. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2023;2(308):31–36. (in Russ). doi: 10.33267/2072-9642-2023-2-31-36
  17. Kirsanov VV, Pavkin DYu, Nikitin EA, et al. Experimental study of a laboratory model for dosing feed additives. Vestnik NGIEI. 2023;1(140):23–33. (in Russ). doi: 10.24412/2227-9407-2023-1-23-33
  18. Nikitin EA. Laboratory study of a dosing device for feed additives. Agroinzheneriya. 2023;25(1):40–44. (in Russ). doi: 10.26897/2687-1149-2023-1-40-44

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Results of the survey of using of popular systems.

Download (148KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the Feed Pusher robot: 1 ― right driving wheel; 2 ― left driving wheel; 3 ― a supporting wheel; 4 ― a feed fluffing auger; 5 ― the robot’s center of gravity.

Download (32KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Robot’s starting position: 1 ― right driving wheel; 2 ― left driving wheel; 3 ― the path vector.

Download (45KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The path angle.

Download (69KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The 1 2 ω , ω , ϕ characteristics depending on t at all sections of the path.

Download (146KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The robot’s motion path.

Download (132KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The robot’s motion path.

Download (132KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. The 1 2 ω , ω , ϕ characteristics depending on t at all sections of the path.

Download (229KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The robot’s motion path.

Download (137KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. The technology level at the implementation of the system.

Download (197KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. The process of testing of the Feed Pusher robot: a) robot testing process; b) schematic diagram of the feeding table servicing process; 1 ― the Feed Pusher robot; 2 ― the automatic station of battery charging and feeder tank refilling; 3 ― front of feeding to be maintained.

Download (264KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Layouts of interfaces of the mobile software for the Feed Pusher robot remote control.

Download (85KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».