ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ОБМЕНОМ ФИЗИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ МЕЖДУ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКОЙ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ РОБОТИЗАЦИИ

  • А. Л. Ронжин Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук
  • Нго Куок Тьен Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук
  • Нгуен Ван Винь Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Ключевые слова: Беспилотные летательные аппараты, роботизированная сервисная наземная платформа, физическое взаимодействие гетерогенных роботов

Аннотация

Рассматривается проблема управления взаимодействием беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с наземными сервисными роботизированными платформами, осуществ-ляющими функции транспортировки и передачи физических ресурсов, необходимых для выполнения сельскохозяйственных операций на открытом грунте. Совместное использо-вание гетерогенных наземных и воздушных средств расширяет функциональные и сенсор-ные возможности роботизированной обработки сельскохозяйственных угодий. В ряде слу-чаев, например, при обслуживании систем энергопитания и транспортировке воздушных средств возникает задача физического взаимодействия между беспилотным летательным аппаратом и наземной сервисной робототметодехнической платформой. Сложность решения данной задачи связана с проблемами посадки, фиксации и механизированной обра-ботки аккумуляторов и аграрных ресурсов, размещаемых на летательном аппарате на сервисной платформе, а также управления очередностью сервисного обслуживания груп-пы БЛА. По сравнению с наземной техникой использование БЛА в сельскохозяйственных задачах дает ряд основ преимуществ: отсутствие физического контакта с землей и уп-лотнения почвы, более широкая площадь мониторинга и обработки, более качественнаяобработка культур жидкими средствами за счет вращения роторов без применения до-полнительных устройств. Имеющиеся прототипы сервисных роботизированных плат-форм отличаются сложностью внутренних механизмов, скоростью обслуживания, алго-ритмами совместной работы платформы и летательного аппарата при посадке и обслу-живании аккумулятора. Автономная посадка БЛА в современных исследованиях рассмат-ривается не только на фиксированную площадку, но и на мобильную платформу, осущест-вляющую движение в различных средах. По результатам проведенного анализа сущест-вующих подходов составлена классификация существующих сервисных систем, установ-ленных на роботизированных и механизированных платформах. Рассматриваются харак-теристики обработки некоторых распространенных сельскохозяйственных культур. При-водится перечень операций процесса сельскохозяйственного производства, их длитель-ность и стоимость, а также возможности механизации. Делается вывод, что стоимость немеханизированных операцией значительно выше. Разработан метод оценивания необхо-димого состава и количества техники для обработки сельскохозяйственного угодья, отли-чающийся многокритериальной оценкой с использованием линейной комбинации трех ос-новных критериев суммарного время обработки, израсходованной энергии, стоимости задействованной техники и обеспечивающий проведение численного моделирования и оптимизации объема привлекаемых гетерогенных робототехнических комплексов. Представ-лены результаты численного и имитационного моделирования количества робототехниче-ской техники, необходимого для обработки сельскохозяйственного угодья, с использовани-ем условных единиц и примерных диапазонов изменения значений входных параметров. Мо-делирование выполнено в разработанной программе AgrobotModeling, реализующей также визуализацию взаимодействия беспилотных летательных аппаратов с сельскохозяйственными наземными сервисными платформами, и обеспечивающих поддержку принятия решения об оптимальном количестве робототехнических средств, необходимых для обработки заданной площади сельскохозяйственного угодья.

Литература

1. Pablo Gonzalez-de-Santos, Angela Ribeiro, Cesar Fernandez-Quintanilla, Francisca Lopez-Granados, Michael Brandstoetter, Slobodanka Tomic, Stefania Pedrazzi, Andrea Peruzzi, Gonzalo Pajares, George Kaplanis, Manuel Perez-Ruiz, Constantino Valero, Jaime del Cerro, Marco Vieri, Gilles Rabatel, Benoit Debilde. Fleets of robots for environmentally-safe pest control in agriculture, Precision Agriculture, 2017, Vol. 18, Issue 4, pp. 574-614. DOI 10.1007/s11119-016-9476-3.
2. Karsaev O.V., Shuklin I.I., Yushchenko S.P. Samoorganizuyushcheesya B2B-predpriyatie raspredelennoy fotogrammetricheskoy obrabotki izobrazheniy mestnosti v ETRIS [Self-Organizing B2B Enterprise of Distributed Photogrammetric Processing of Terrain Images in ETRIS], Trudy SPIIRAN [SPIIRAS Proceedings], 2020, No. 1 (19), pp. 155-179.
3. Nagoeva O.V., Anchekov M.I. Razrabotka programmnoy modeli sistemy upravleniya robotom-kombaynom [Development of a software model for a robot combine control system], Izvestiya Kabardino-Balkarskogo nauchnogo centra RAN [News of the Kabardin-Balkar scientific cen-ter of RAS], 2019, No. 3 (89), pp. 15-22.
4. Anchyokov M.I., Kil'chukova A.L., Shalova S.H. Reshenie problem avtomatizatsii protsessa sbora plodoovoshchnoy produktsii [Solving the problems of automation of the process of col-lecting fruits and vegetables], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering journal of Don], 2016, No. 4 (43), pp. 73.
5. David Ball, Patrick Ross, Andrew English, Peter Milani, Daniel Richards, Andrew Bate, Ben Upcroft, Gordon Wyeth, and Peter Corke. Farm Workers of the Future: Vision-Based Robotics for Broad-Acre Agriculture, IEEE Robotics and Automation Magazine, 2017, Vol. 24, No. 3, pp. 97-107. DOI: 10.1109/MRA.2016.2616541.
6. Mark Spekken, Sytze de Bruin. Optimized routing on agricultural fields by minimizing maneu-vering and servicing time, Precision Agriculture, 2013, Vol. 14, pp. 224-244. DOI 10.1007/s11119-012-9290-5.
7. Shcherbakov N.V., Kim S.A. Modelirovanie tekhnologicheskogo processa vneseniya mineral'nykh udobreniy [Modeling the technological process of applying mineral fertilizers], Vestnik nauki Kostanayskogo gosudarstvennogo universiteta im. A. Bajtursynova [Herald of KSU named after A. Baitursynov], 2002, No. 3-4, pp. 31-35.
8. Shcherbakov N.V., Kim S.A. Issledovanie tekhnologicheskogo protsessa vneseniya mineral'nykh udobreniy v zone Severnogo Kazahstana [Study of the technological process of applying mineral fertilizers in the north kasakhstan zone], Izvestiya OGAU [ORENSAU News], 2006, No. 11-1, pp. 75-77.
9. Merkulov A.A. Konstruktivno-tekhnologicheskaya skhema robotizirovannogo kompleksa dlya vneseniya rabochikh rastvorov [Structural-technological scheme of a robotic complex for mak-ing working solutions], Nauchnoe obespechenie agropromyshlennogo kompleksa: Sbornik statey po materialam XI Vserossiyskoy konferentsii molodykh uchenykh, posvyashchennoy 95-letiyu Kubanskogo GAU i 80-letiyu so dnya obrazovaniya Krasnodarskogo kraya [Scien-tific support of the agro-industrial complex: a Collection of articles based on the materials of the XI all-Russian conference of young scientists dedicated to the 95th anniversary of the Ku-ban state agrarian University and the 80th anniversary of the Krasnodar territory]. Responsible for the release A.G. Koshchaev, 2017, pp. 402-403.
10. Sierra N. Young, Erkan Kayacan, Joshua M. Peschel. Design and field evaluation of a ground robot for high‑throughput phenotyping of energy sorghum, Precision Agriculture, 2019, Vol. 20, pp. 697-722. DOI 10.1007/s11119-018-9601-6.
11. Kuceev V.V., Merkulov A.A. Podkhody k robotizatsii himicheskoy zashchity rasteniy v selektsionnom processe zernovykh kul'tur [Approaches to robotic chemical plant protection in the breeding process of crops], Innovacionnye tekhnologii otechestvennoj selekcii i semenovodstva Sbornik tezisov po materialam II nauchno-prakticheskoj konferencii molodyh uchenyh Vserossijskogo foruma po selekcii i semenovodstvu [Innovative technologies of domestic selection and seed production]. Responsible for the release A.G. Koshchaev, 2018, pp. 130-132.
12. Ziming Wang, Dalei Song, Juntong Qi, Jianda Han, Yu Miao, Lijun Meng, Shuaike Zhao, and Ming Li. A Full-functional Simulation and Test Platform for Rotorcraft Unmanned Aerial Ve-hicle Autonomous Control. Robot Intelligence Technologies and Applications. J.-H. Kim et al. (Eds.): 2012, AISC, Vol. 208, pp. 537–547. DOI: 10.1007/978-3-642-37374-9_52.
13. Bruno S. Faiçal, Gustavo Pessin, Geraldo P.R. Filho, Gustavo Furquim, André C.P.L.F. de Carvalho, and Jó Ueyama. Exploiting Evolution on UAV Control Rules for Spraying Pesti-cides on Crop Fields, EANN, 2014, pp. 49-58.
14. Shulin Yang, Xiaobing Yang, Jianyou Mo. The application of unmanned aircraft systems to plant protection in China, Precision Agriculture,2018, Vol. 19, pp. 278-292. DOI: 10.1007/s11119-017-9516-7.
15. Koo Y.M., Hong J.G., Haider B.A. and Sohn C.H. Practical payload assessment of a prototype blade for agricultural unmanned rotorcraft, Journal of Mechanical Science and Technology, 2018, Vol. 32 (12), pp. 5659-5669. DOI 10.1007/s12206-018-1113-9.
16. Marc Schmitt and Peter Stütz. Multi-UAV Based Helicopter Landing Zone Reconnaissance. Infor-mation Level Fusion and Decision. Support Springer International Publishing AG 2017. D. Harris (Ed.): EPCE 2017, Part II, LNAI 10276, pp. 266-283. DOI: 10.1007/978-3-319-58475-1_20.
17. Huang Y., Hoffmann W.C., Lan Y., Wu W., Fritz B.K. Development of a spray system for an un-manned aerial vehicle platform, Applied Engineering in Agriculture, 2009, Vol. 25 (6), pp. 803-809.
18. Jorge Martinez‑Guanter, Pablo Agüera, Juan Agüera, Manuel Pérez‑Ruiz. Spray and econom-ics assessment of a UAV‑based ultra‑low‑volume application in olive and citrus orchards, Pre-cision Agriculture, pp. 1-18. DOI: 10.1007/s11119-019-09665-7.
19. Vu D.K., Solenaya O.Ya., Ronzhin A.L. Obzor robototekhnicheskikh zakhvatov dlya fizicheskikh manipulyatsiy s agrarnoy produktsiey [Over-view of robotic grippers for physical manipulation with agricultural products], Traktory i sel'khozmashiny [Tractors and agricultural machinery], 2017, No. 12.
20. Vu D.K., Nguen V.V., Solenaya O.Ya., Ronzhin A.L. Analiz zadach agrarnoy robototekhniki, reshaemykh posredstvom bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Analysis of agricultury robotics tasks solved by using unmanned aerial vehicles], Agrofizika [Agrophysica], 2017, No. 3, pp. 57-65.
Опубликован
2020-07-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ