Опрыскиватель для садовой земляники

В России нет серийно выпускаемых специализированных опрыскивателей для обработки посадок земляники. Существующие опытные отечественные машины не обладают избирательным действием при опрыскивании и не исключают вредное воздействие химикатов на человека. Особенности культуры земляники садовой выдвигают серьезные требования к техническим средствам для защиты культуры земляники, для решения этих целей в ВИМе был спроектирован роботизированный опрыскиватель для плантаций земляники садовой и других культур.

Создание опрыскивателя с высокой степенью автономности является главным направлением развития принципов конструирования современной сельскохозяйственной техники. Основная проблема разработки систем автоматического управления движением робота заключается в точном определении текущего местоположения сельскохозяйственного агрегата и возможности систем в автоматическом режиме качественно осуществлять сбор и представление достоверной информации о состоянии, растений и окружающей среды. Данная информация с высокой степенью точности может быть получена с помощью различного типа датчиков, сенсоров и инструментов, таких как полевые электронные датчики, машинное зрение, многоспектральные и гиперспектральные системы.

Конструктивно разработанный в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ робот – опрыскиватель состоит из рамы, двух передних управляемых колес, двух задних приводных колес со встроенными электрическими моторами, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, системы питания, системы опры- скивания с емкостью для рабочего раствора и штанги (рис. 1). Каждая штанга снабжена универсальными датчиками высоты и наличия растений, а так же электрическим цилиндром, выполненным с возможностью регулировки высоты расположения штанги в зависимости от высоты культурных растений, и четырех распыливающих узлов, позволяющих вести обработку четырех рядков одновременно. Для дифференцированного внесения удобрений опрыскиватель оборудован системой интеллектуального управления распределения вносимого удобрения по карте обеспеченности почвы минеральными элементами. В комплекте с бортовым компьютером (BRАVO 400S).

Система управления и навигации является комбинированной и состоит из блока позиционирования ГЛОНАСС (GPS) и блока компьютерного (технического) зрения в который входят телевизионные камеры, ультразвуковые датчики и 3D дальномер (LIDАR). Это позволяет успешно применять метод визуального определения местоположения агрегата на основе анализа и последующего сравнения видеоизображений, полученных при первичном и последующем проездах.

При первом проезде в нем формируется набор первичных образов, которые позволяют сформировать базу данных, описывающую взаиморасположение устойчивых структур. При последующем автоматическом движении характеристики текущего изображения проверяются на тождественность описаний, хранящихся в базе данных, и, при их совпадении, осуществляется привязка к текущему местоположению. Управление движением посредством анализа видеоизображений окру- жающей обстановки и визуального определения местоположения обеспечивает полную автономность движения наземного робота. При движении по междурядьям растений земляники система, используются системы технического зрения (СТЗ). При этом используется интеллектуальный модуль распознавания рядков земляники на фоне земли или подстилающей поверхности, который способен путем преобразования потока видеоданных получать изображения с выделенными контурами растений.

Управление траекторией движения реализовано на основе сигнального процессора и работает в режиме реального времени без какой-либо операционной системы.

При необходимости оператор имеет возможность удаленно контролировать работу робота – опрыскивателя посредством планшетного компьютера.

Проходимость робота достаточна для уверенного движения по междурядьям плантаций низкорастущих ягодников. Для работы в ночное время используются фары ближнего света. Во время автоматического перемещения робот совершает самостоятельный объезд препятствий.

В случае неполадки системы автоматического движения, управление роботом может осуществляться оператором при помощи пульта дистанционного управления.

Выводы. В результате проведенных исследований обоснованы параметры робототехнического опрыскивателя для обработки плантаций земляники садовой: мощность двух электродвигателей 2 кВт, ширина колеи колес 1800 мм, дорожный просвет 600 мм, общая длина агрегата 2300 мм, наименьший радиус поворота 2900 мм. Полученные параметры позволяют применять робототехническое средство на посадках низкорастущих ягодниках с междурядьем 75-100 см.

Наибольший экономический эффект от применения опрыскивателя будет наблюдаться на промышленных план-

Рис. 1. Общий вид робота-опрыскивателя

тациях земляники или других низкорастущих культур площадью от 2 га. Применение заявленного опрыскивателя обеспечит повышенную безопасность процесса химической обработки растений, позволит повысить качество обработки растений, в результате количество обработок можно сократить, что экономит трудовые затраты на 15-25%.

Филиппов Р.А., Хорт Д.О.

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ