Роботы для обработки земли сочинение

Обновлено: 07.07.2024

Роботы постепенно замещают людей в разных сферах человеческой деятельности, и экология не стала исключением. Тем более, что в мире постоянно происходят события, которые приводят к ухудшению состояния окружающей среды и создают угрозу для жизни и здоровья людей. Например, только за 2019 год человечество выбросило в атмосферу 37 млрд тонн углекислого газа. По прогнозам экспертов, объем рынка робототехники в 2020 году достигнет $128,7 млрд. При этом доля экологических роботов составляет менее 15%. Об использовании роботов для спасения окружающей среды рассказала основательница российско-израильского агротех-стартапа Fermata Валерия Коган.

Сегодня вопросы защиты окружающей среды выходят на первый план среди других приоритетов мирового сообщества. Поэтому для решения экологических проблем используют все имеющиеся инструменты. Главное преимущество роботов в борьбе с загрязнением окружающей среды заключается в том, что они способны трудиться без отдыха в самых сложных условиях. Аналитическая компания Research and Markets прогнозирует, что к 2026 году мировой рынок утилизации отходов вырастет на 7,9% и будет оцениваться в $643 млрд. Важным фактором роста станет именно применение роботизированной техники.

Роботы, которые выращивают деревья

Регулярная вырубка деревьев приводит к росту концентрации окиси углерода в атмосфере на 6–12%. По оценкам ученых, ежегодно на планете вырубают более 15 млрд деревьев. За этот же период вырастает только 5 млрд деревьев. Если ничего не предпринимать, то лесные запасы закончатся к 2300 году. Применение роботизированной техники поможет решить эту проблему.

Growbot — автономный сад на гидропонных технологиях

Проект позиционируется разработчиками как экологичная альтернатива традиционному земледелию. Роботизированная система работает на солнечной энергии, при выращивании не применяются химические удобрения. Усовершенствованная гидропонная технология основана на циркуляции воды в замкнутом контуре, жидкость используется повторно и не загрязняет естественные водоемы.

Робот Growbot внешне напоминает шестиколесный грузовик. Он оснащен сеялкой для разрыхления твердой почвы. Ориентировочный срок службы — 35 000 часов. Сферы применения: восстановление лесов, озеленение участков, выполнение сельскохозяйственных работ. Устройство справляется с посадкой деревьев в труднопроходимой местности и в регионах, где водятся ядовитые змеи и пауки. Сейчас разработчики работают над роботом Growbot нового поколения, который сможет сажать тысячу деревьев за раз и использовать автономные системы для следования по заранее запрограммированному маршруту посадки.

BioCarbon Engineering — восстановление планетарной экосистемы

Суть стартапа — масштабное высаживание лесов. Дроны выбрасывают капсулы с пророщенными семенами деревьев и контролируют процесс роста. По оценкам разработчиков, за день можно высадить до 36 000 деревьев. При этом стоимость работы по сравнению с обычными методами снижается на 85%. Для массового засеивания территории используются дроны, которыми управляют операторы. Первый этап — сбор сведений о топографии и качестве почвы с помощью дронов, летающих на высоте 100 м. Затем на основе собранной информации программа выбирает лучшее место для посадки деревьев и формирует карту посадки. Вторая группа дронов летает на расстоянии 3 м над землей, сбрасывая на землю заполненные питательными веществами и семенами капсулы (по две штуки в секунду). Капсулы способны проникать в почву. Один дрон, вмещающий 300 капсул, обрабатывает 1 га за 18 минут.

CO2 Revolution — восстановление экосистемы в тысячу раз быстрее

Суть стартапа: массовое высаживание деревьев с использованием беспилотных летательных аппаратов. Технология предполагает использование таких элементов: дроны с контейнерами для семян, капсулы с предварительно проросшими семенами iSeeds и смартфон LG G8 Smart Green, отвечающий за управление летательными аппаратами. Дроны собирают информацию о местности, затем компьютерная программа анализирует параметры (температура, тип почвы, количество осадков, потребности местного населения) и выбирает наиболее благоприятное место для развития новой экосистемы. Разработчики утверждают, что использование роботов CO2 Revolution восстановит экосистему в 1 000 раз быстрее и в 10 раз дешевле, чем привычные методы. Два дрона способны высадить деревья на территории, равной площади 1,5 футбольных полей, всего за 10 минут. Затраты на посадку одного растения составят $0,11.

Роботы и аналитические системы, помогающие выращивать растения

Инновационные разработки сделают процесс выращивания растений полностью автоматизированным и помогут решить проблему с нехваткой рабочих рук в сельском хозяйстве. Объем российского рынка цифровых технологий в сельском хозяйстве сегодня составляет 360 млрд рублей, а к 2026 году он должен вырасти в пять раз (в том числе за счет поддержки агротех-стартапов).

The Plantoid Project — мониторинг окружающей среды

Робот The Plantoid Project исследует почву и воздух для обнаружения вредных веществ, прогнозирует их воздействие на организм человека и окружающую среду. Устройство оснащено сетью сенсорных и приводимых в действие корней, на каждом из них размещены датчики, блоки управления, зоны удлинения. Один из корней способен изгибаться в ответ на сигналы датчиков, а второй демонстрирует искусственный рост. Ствол растения изготовлен из пластика, внутри него расположен микрокомпьютер. Листья оснащены датчиками, которые умеют оценивать условия окружающей среды (температуру, влажность воздуха, химические факторы). Устройства можно использоваться в разных сферах жизни: от мониторинга окружающей среды до исследования космоса.

Fermata — мониторинг жизненного цикла растений в режиме real-time

Российско-израильский стартап разработал платформу мониторинга состояния растений и прогнозирования урожая. ИИ оптимизирует условия выращивания культур и определяет начальную стадию отклонений и заболеваний: собирает информацию о климатических условиях и росте растений. С помощью специальных датчиков и ПО Agritech объемы урожая рассчитываются с точностью 90 %, а болезни растений — 95%.

iFarm Project — автоматизированные агрофермы

Роботизированные системы для выращивания ягод и овощей способны функционировать круглогодично. В сравнении с традиционными теплицами комплексы iFarm потребляют существенно меньше воды (на 90%) и электроэнергии (на 25%). Размеры ферм варьируются от 100 до 1 000 м2, стоимость 1 м2 — около 40 тыс. рублей. В основе конструкции — алюминиевые профили, а отдельные узлы и детали напечатаны на 3D-принтерах. Аппарат умеет самостоятельно делать лунки, сажать семена и поливать рассаду.

Роботы, которые борются с загрязнением водного ландшафта

По оценкам ООН, от 80 до 90% сточных вод сбрасываются в окружающую среду без какой-либо очистки. От дефицита пресной воды страдает 40% населения планеты. Доступа к чистой воде лишены 700 млн жителей планеты, и более 1,7 млрд человек, проживающих на территории речных бассейнов, нуждаются в дополнительных источниках пресной воды. Если никакие меры не будут приниматься, к 2030 году их число достигнет 5 млрд — это две трети населения Земли.

Row-bot — микроорганизмы как источник энергии

Urban Rivers — многопользовательский сборщик мусора с веб-интерфейсом

Стартап создавался для очистки реки Чикаго от мусора. По задумке разработчиков, пользователи могут управлять роботом через веб-сайт. В целом процесс напоминает онлайн-игру, но выполняет полезные действия в реальности. По задумке создателей, любой человек сможет удаленно управлять роботом в режиме реального времени через сайт и таким образом собирать мусор из водоема и накапливать его в специальных емкостях. Когда емкости заполняются, аппарат вернется на базовый терминал, где команда Urban Rivers выгрузит мусор и подготовит его к новому заплыву. Робот оснащен функцией GPS-отслеживания и страховочным тросом, препятствующим затоплению.

Ocean Cleanup — океаны без пластикового мусора

Роботы, использующие солнечную энергию и энергию волн

Общее количество солнечной энергии, которую поглощает атмосфера, поверхность суши и океана, составляет примерно 3 850 000 эксаджоулей (ЭДж) в год. Волны в качестве источника энергии привлекательны тем, что работают непрерывно. Их можно использовать в 80% крупнейших прибрежных городов мира и на островах. Суммарно энергетический потенциал волн оценивается в 29 500 тераватт-часов в год, а это составляет 125% от текущего уровня потребления электричества в мире.

Liquid Robotics — комплексная аналитика вдали от суши

Sinn Power — источник питания для вечного двигателя

Модульная морская платформа способна генерировать возобновляемую энергию из волн, ветра и солнца. Конструкция может работать в любых погодных условиях. Волновые генераторы оснащены солнечными батареями и ветровыми турбинами. По задумке инженеров тяжелая платформа при ударе волн почти не смещается, а вся энергия уходит в подвижные поплавки. Амплитуда их движения достигает 3 м, благодаря чему система собирает энергию волн высотой от 2 до 6 м, превращая движение поплавков в электричество. Сфера применения: получение электроэнергии из возобновляемых источников, в перспективе проект станет реальной заменой электростанциям, использующим ископаемое топливо.

Ocean Energy — генераторы энергии для удаленных территорий

Энергетические установки для преобразования энергии морских волн в электричество могут применяться на островах, где нет места для сооружения ветровых или солнечных электростанций. Установка представляет собой огромный буй весом 826 тонн, который генерирует 1,25 МВт энергии. Этой мощности достаточно для обеспечения электричеством населенного пункта на 18 тыс. домов, питания опреснительных установок, рыбных и креветочных ферм. Эксперты Bloomberg утверждают, что аналогичные проекты ждет бурное развитие в ближайшем десятилетии.

Роботы, уничтожающие вредных насекомых

Увеличение численности вредных насекомых на сельскохозяйственных полях по праву считается центральной проблемой современной экологии. Паразитирующие насекомые ежегодно приводят к потерям 12% урожая по всему миру на сумму $157 млрд.

RangerBot — сохранение коралловых экоструктур

Роботы-дроны предназначены для поддержания порядка под водой: они защищают рифы от морских звезд и хищных паразитов (например, морских многощетинковых червей). Участники проекта: Квинслендский технологический университет, компания Google и организации Great Barrier Reef Foundation. Робот способен работать восемь часов без подзарядк. Устройство идентифицирует паразитов с точностью в 99,4%. Принцип работы такой же, как у дайверов: робот определяет местоположение вредителя и делает ему смертельный укол. Коралловые рифы при этом не страдают. Дрон задуман недорогим и доступным в массовом производстве, его будут использовать ученые, активисты, представители местных сообществ.

Fly&See — борьба с вредителями без химикатов

Коптеры Fly&See распространяют полезных насекомых или бактерии, которые уничтожают вредителей. За один полет длительностью 13-14 минут дрон обработает территорию площадью 18–20 га. Есть возможность регулировать норму внесения энтомофагов на 1 га, настраивать сплошное внесение или сброс только в определенные точки поля по GPS с точностью до 20 см. Полеты происходят в автоматическом режиме, без участия пилота. По оценкам разработчиков, технология позволит повысить урожайность до 20%.

Agri Drone — точечное уничтожение насекомых

Суть технологии: разработка робота для борьбы с насекомыми, поедающими и уничтожающими урожай (например, мотыльки, белые цикады, колорадские жуки). Она станет альтернативой массовому использованию вредных пестицидов. Дрон патрулирует поля, выискивая насекомых, а затем точечно стреляет по ним зарядом пестицидов. Благодаря этому урожай не накапливает в себе вредные вещества. Устройство следует использовать в ночное время суток, когда насекомые выходят из мест, где они прятались на протяжении дня. Запуск дрона выполняется автоматически. Помимо пестицидной пушки робот оснащен термальными и инфракрасными камерами, и электрической мухобойкой.

Роботы по переработке отходов

По данным Минприроды, в России ежегодно образуется 70 млн тонн твердых коммунальных отходов, но при этом работают только 15 предприятий, на которых извлекается 20% вторичных материальных ресурсов для переработки. Их доля в общем объеме отходов составляет 3%. Разработчики робототехники утверждают, что их изобретения предотвратят загрязнение окружающей среды, выведут систему сбора и переработки мусора на новый уровень и открывают ряд возможностей для извлечения новой ценности из него. По результатам исследования НИУ ВШЭ, объем мирового рынка сбора и утилизации отходов (исключая сегмент добычи полезных ископаемых) в 2019 году превысил $1,1 трлн. Ожидается, что в ближайшей перспективе этот рынок будет расти на 7–10% в год.

Aurora Borealis — борьба с вредными выбросами в атмосферу

Российская роботизированная система для уничтожения органических отходов способна перерабатывать до 5 тыс. м3/час. Устройство состоит из трех элементов: печи, дожигателя газов (не оставляет вредных примесей и делает выбросы экологически чистыми), теплообменный аппарат (экономит расход газа при сжигании отходов). Сфера применения: нефтяное, сталелитейное и другие производства, где нужно достичь необходимых экологических показателей по выбросам в атмосферу.

Recuper

Суть технологии: создание роботизированной техники для переработки отходов в синтез-газ и тепло, которые можно использовать на технологические нужды, а также на технический углерод с получением сорбентов. В основе лежит деструкция углеводородного сырья без доступа кислорода и без применения катализаторов под избыточным давлением. Переработке подлежат: ТБО, илистый осадок сточных вод, промышленные и сельскохозяйственные отходы. Например, из одной тонны ТБО можно произвести 400 кубометров синтез-газа и 50–150 кг сорбентов.

TrashBot — интеллектуальная урна с сортировкой отходов

Обработка мусора — одна из областей, куда активно внедряются робототехнические решения. По оценке Transparency Market Research, объем мирового рынка переработки пластика в ближайшие 8 лет будет расти на 6,8 % в год. Для комплексного решения экологических проблем используются роботы, эффективность которых на порядок выше человеческой. Сейчас в эту сферу внедряются цифровые решения, задача которых заключается в утилизации производственных и бытовых отходов, борьбе с загрязнениями почв, водной и воздушной сред. Многие разработки уже применяются в рамках международных проектов, ориентированных на улучшение экологической ситуации в мире (например, морские роботы для экологического мониторинга в Арктике). Эксперты отмечают, что такие меры помогут сформировать устойчивые экосистемы, повысят производительность сельскохозяйственных предприятий и снизят негативное влияние химикатов на почву и здоровье людей.

Роботы для полей: обзор интеллектуальной сельхозтехники

Сельскохозяйственная отрасль является перспективным рынком для внедрения разработок в области робототехники, поскольку использование подобных машин позволяет создавать высокоинтеллектуальное производство. В связи с этим в последние годы в агросекторе активизировалась работа по конструированию робототехнических устройств.

В основном такая техника предназначена для выполнения повторяющихся операций при возделывании различных сельскохозяйственных растений. При этом главная цель ее применения в аграрной отрасли состоит в замене человеческого труда, минимизации вредного воздействия химических средств на людей и окружающую среду, а также в повышении производительности предприятий и урожайности возделываемых культур.

1. Схема расположения рабочих органов модуля для механического уничтожения сорняков.jpg

Помимо этого, универсальная платформа способна перемещать полезный груз до 150 кг, а ее генератор — обеспечивать энергией непрерывную работу в течение 24 ч при одной заправке топливом. Основная идея создания такого устройства заключается в том, что фермер может купить только одну платформу и несколько необходимых ему модулей, а другие дополнения он сможет брать в аренду у специализирующейся на этом организации. Сегодня фирмой-изготовителем проводятся испытания робота в реальных условиях, а также осуществляется разработка варианта универсальной платформы меньшего размера и набора сменных модулей к ней. Такие маленькие аппараты могут действовать в составе групп, почти не уступая в производительности более крупным экземплярам.

1. Основные технические данные робота Greenbot.jpg

робот Greenbot.jpg

В скором времени фирма Kubota также планирует начать продажи в Японии автономного трактора AgriRobo, выполняющего обычные процессы без оператора и с использованием GPS. Для его управления в сотрудничестве с фирмой Topcon и Канзасским государственным университетом было разработано программное обеспечение, с помощью которого перед началом операций создается рабочий план. Сочетание сонара и сканера обеспечивает безопасное обнаружение неподвижных и мобильных препятствий. Системы контроля и безопасности гарантируют, что машина не будет выполнять опасные маневры. Фирмой ведутся также работы по созданию зерноуборочных комбайнов и автономных аппаратов для возделывания риса.

Компания Fendt постепенно развивает проект создания автономных аграрных устройств под названием MARS, то есть Mobile Agricultural Robot Swarms — система мобильных сельскохозяйственных роботов. Программа была профинансирована Европейским союзом при содействии университета г. Ульме, который занимался разработкой аппаратов на спутниковой системе навигации для посадки кукурузы. Основная идея данного проекта заключается в производстве малогабаритного многофункционального робота, который будет работать автономно на электроприводе и управляться дистанционно за счет облачных технологий. Основополагающими в программе являются, в том числе, экологические факторы — снижение повреждения почвы, уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу и максимально бесшумные операции. Согласно планам компании, роботы будут переправляться на поле с помощью специального транспортного модуля, использующегося в качестве зарядного устройства и семенного бункера. Каждое устройство применяет специальное программное обеспечение, интерфейс которого позволяет задавать параметры поля, норму заделки семенного материала, густоту посадок, месторасположение культур и количество работающих машин. Параметры и данные сохраняются в облачном сервисе. Как заявляют представители Fendt, подобное решение дает возможность выполнять последующую почвообработку более точно и с меньшими финансовыми вложениями.

Компания Agrirobo совместно с Технологическим институтом и Университетом наук о жизни и окружающей среде в польском городе Вроцлаве также подготовила роботизированную систему обработки сельхозугодий Agribot. Машина представляет собой агрегат с двигателем мощностью 55 кВт и четырьмя независимыми движителями. Конструкция обеспечивает высокую проходимость по почве и малый радиус разворота, что позволяет механизму действовать в стесненных условиях. Спереди и сзади находятся стандартные узлы для навески разных орудий. Например, сзади может крепиться емкость для средств защиты растений, спереди — оборудование, выполняющее распыление рабочей жидкости. Управление роботом дистанционное, благодаря чему отсутствует риск вредного воздействия агрохимических препаратов на организм оператора. Для определения координат используется система GPS, а оценка производится с точностью до одного сантиметра. Ориентироваться на поле позволяют дополнительные датчики, а многие манипуляции осуществляются в автономном режиме. Робот способен реализовывать большинство основных операций — внесение средств защиты и удобрений, обрезку деревьев, кошение и другие.

AT400 Spirit трактор.jpg

ТОЧНОСТЬ И КОНТРОЛЬ

Созданный инженерами из австралийского университета робот Ladybird, то есть "божья коровка", работает на солнечных батареях. Название было продиктовано внешним сходством этих зарядных устройств с крыльями летающего насекомого. Механизм оснащен системой лазерного наведения и интегрированным автоматизированным манипулятором, с помощью которого можно собирать урожай. В задачи машины входят контроль над процессом выращивания овощей на всех стадиях, обнаружение вредителей, а также удаление сорных культур при необходимости. Сорняки робот уничтожает при помощи не только гербицидов, но и традиционных ножей, микроволнового излучения и лазерных лучей. Оборудованный датчиками и камерами аппарат может с точностью до квадратных сантиметров производить опрыскивание химикатами, пересчитывать растения по одному и добираться до труднодоступных мест.

Ladybird робот.jpg

В агропромышленном центре технологических инноваций Advesva компании Agrobot был разработан роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая клубники Agrobot SW6010. Его конструкция включает 14 или 60 манипуляторов с мелкими металлическими корзинами, мощный компьютер и цветовые датчики, которые распознают спелую клубнику среди зеленых листьев и игнорируют незрелые ягоды. Агрегат имеет два рабочих модуля для контроля и упаковки, а также четыре управляемых колеса для обеспечения маневренности. Размеры и большой угол поворота колес отлично подходят для работы как внутри теплиц, так и снаружи. Система сбора контролирует набор манипуляторов, способных найти клубнику и распределить ее в зависимости от размера и степени зрелости. Анализируется каждая ягода, причем процесс среза осуществляется с необходимыми точностью, плавностью и чувствительностью. Специальная система сразу упаковывает урожай. В приводе робота используется двухцилиндровый дизельный двигатель мощностью 21 кВт. Испытания показали, что применение данного устройства обеспечивает 50% снижения цены свежей клубники и до 90% — промышленной для производства пюре и йогуртов.

Британский производитель сельхозтехники Garford Farm Machinery создал специальный модуль контроля для трактора Robo-pilot, в котором интегрированы две системы — Robocrop и автоматического управления с помощью информации о локальном местонахождении. Назначение первой программы — вождение машины без участия оператора при междурядной обработке пропашных культур. Устройство включает видеокамеру, бортовой компьютер, навеску с механизмом гидравлического бокового смещения и датчик скорости. Обрабатываемая культура перед агрегатом фиксируется с помощью видеокамеры. Изображение анализируется компьютером в целях обнаружения высокой концентрации зеленого пигмента, указывающего на наличие объекта. За счет широкого обзора камеры и обработки нескольких рядов одновременно достигается оптимальная центральная фиксация. Полученный результат сравнивается с сеткой делений, соответствующей расстоянию междурядья. Данная информация используется для точного размещения рабочих органов и их дальнейшего перемещения с помощью гидравлики. Поскольку система Robocrop работает с несколькими рядами, обеспечивается высокая степень точности даже при сильном зарастании сорняками. Более того, устройство может самостоятельно осуществлять управление высокоскоростным культиватором задней навески, отвечая за движение трактора и оборудования полностью без участия человека. Скорость движения обычно составляет до 12 км/ч, но данное значение может быть увеличено. Консоль быстрого доступа соединена с системой Robo-pilot, имеет сенсорный дисплей с понятными символами и удобными функциями, что упрощает использование агрегата.

Robocrop_inrow_ravetuva_opt.jpg

В течение ближайшего года компания предполагает провести серию тестовых внедрений AgroBot и отработку основных операций в беспилотном режиме за счет использования сценариев автономных действий. На следующих этапах испытаний создатели планируют протестировать системы в разных погодных условиях, оценить возможности диспетчеризации и кооперативной работы с несколькими аналогичными машинами на одной территории. Кроме того, запланированы оптимизация процесса управления и упрощение интерфейса.

Отечественная компания Cognitive Technologies провела в Республике Татарстан испытания беспилотных тракторов с системой компьютерного зрения собственной разработки. По оценкам специалистов, стоимость подобного программно-аппаратного комплекса составляет не более 15% от общей цены машины. Технику пока не планируют оснащать лидаром, потому что это существенно увеличит ее стоимость. На ней предполагается устанавливать устройства компьютерного зрения, включающие в себя стереопару — систему из двух камер, снимающих видео с разрешением Full HD. Кроме этого, в комплектацию входят навигационный и инерционный датчики ГЛОНАСС и GPS, а также вычислительный блок.

2. Классификация степени автоматизации выполнения технологических операций.jpg

Семейство техники реализует концепцию автоматизированного сельскохозяйственного производства на основе последовательной разработки и внедрения серии мобильных автономных роботов. Каждый из них будет выполнять отличный от других набор агротехнических операций. Совместное применение всех механизмов обеспечит полный функционально замкнутый цикл, причем аграрий сможет приобретать и внедрять каждого робота отдельно либо все семейство сразу. Аппараты могут использоваться одновременно с имеющимися в хозяйстве машинами и средствами автоматизации. Преимуществом AgroMultiBot в процессе сельскохозяйственного производства станет замещение до 25 человек на поле. При этом будет обеспечиваться дополнительный сбор 30–50% урожая, остающегося на поле при традиционной уборке. Таким образом, уже сегодня разработаны и вполне успешно тестируются различные роботизированные машины для сельского хозяйства как зарубежного, так и отечественного производства. Дальнейшее развитие данного направления будет способствовать более широкому внедрению таких устройств в аграрную отрасль, в том числе и в нашей стране.


Созданный учащимися исследовательский проект по робототехнике "Роботы в сельскохозяйственной технике" содержит описание хода работы для реализации поставленной цели создать роботов, помогающих обеспечить быстрое и качественное использование сельскохозяйственной техники. В проекте авторы проводят исследование отвечают на вопрос: зачем нужны роботы в сельском хозяйстве?


Тема исследовательской работы о роботах в сельскохозяйственной технике, выбранная автором проекта, очень актуальна, так как развитие сельского хозяйства способно улучшить внутриэкономическую систему страны, а облегчение сельскохозяйственнолй деятельности способно привлечь новых работников и желающих вложиться в аграрную промышленность нашей страны. В творческом проекте собираются модели робота-косильщика и робота-перевозчика из набора для робототехники LegoMindstorms NXT 2.0 и EV3.

Предложенная авторами исследовательская работа по робототехнике на тему "Роботы в сельскохозяйственной технике" будет интересна для учеников школы, увлекающихся робототехникой и лего-конструированием, поможет выявить у них интерес к роботостроению, программированию и конструированию. В исследовательском проекте рассматриваются виды и типы роботов или робототехники для выполнения различных сельскохозяйственных работ в поле, оценивается помощь, оказываемая такой техникой работникам сельского хозяйства.

Оглавление

Введение
1. Зачем нужны роботы в сельском хозяйстве.
2. Роботы и сельскохозяйственная техника.
Заключение
Список использованных источников
Приложения.

Введение

Так, как мы родом из Ичалковского района , который является одним из лидеров аграрной Мордовии, хочется рассказать о робототехнике в сельском хозяйстве.

Цель проста: заменить человеческий труд, повысить эффективность, урожайность.

  • роботы для посадки семян;
  • роботы для полива;
  • роботы для мониторинга сельхозугодий;
  • роботы для сбора плодовых культур;
  • роботы для борьбы с вредителями.
  • автоматизированные многофункциональные платформы (аналог тракторов).

Роботизированные системы разделяют на автоматизированные системы и, собственно, роботов. Автоматизированные системы работают автономно, но требуют оператора на борту или удалённо. Роботы – не требуют вмешательства или контроля человека.

Роботов для использования в сельском хозяйстве относят к категории сервисных роботов. В свою очередь можно выделить такие подкатегории, как беспилотники, роботы для использования в точном земледелии, например, агроботы, роботы для использования в животноводстве, например, доильные роботы и т.п.

Зачем нужны роботы в сельском хозяйстве?

Передовые страны работают над переходом к безлюдному автоматизированному сельскому хозяйству на основе широкого применения мобильных и стационарных роботов. Как ожидается, это позволит добиться роста производительности на фоне повышения рентабельности, что обеспечивает снижение себестоимости продукции. Роботы способны выполнять различные операции - обработку почвы, ее удобрение, посев, посадка, доение скота, стрижка шерсти, кормление и т.п.

Использование программно-аппаратных комплексов беспилотного управления для замены водителей сельскохозяйственных транспортных средств позволяет сократить перерасход материалов, а также увеличивает урожайность за счет более точной обработки земли.

Сельское хозяйство в Республике Мордовия является ведущей отраслью экономики. Республика реализует крупные инвестиционные проекты в отрасли, применяет научно обоснованные передовые технологии в растениеводстве, животноводстве и на предприятиях перерабатывающей промышленности.

Ичалковский район – передовой аграрный район. Ведущие сельскохозяйственные предприятия района применяют новые технологии в растениеводстве, животноводстве. В работе механизаторов и трактористов используются автоматизированные системы управления транспортом

Цель проекта – создание робо-сельскохозяйственной техники.

Задачи проекта:

  1. Разработать компоновку роботов.
  2. Разработать основные принципы работы данной сельскохозяйственной техники
  3. Разработать системы управления и безопасности.

Косильщик – предназначен для уборки травы.

Трактор-перевозчик - для перевозки сена на автомобиль.

Так, чем же комплекс сельскохозяйственной техники отличается от обычной сельхозтехники?

  • экологичный
  • безопасен для человека и животных
  • обладает высокой производительностью
  • почти бесшумный
  • автономный
  • хорошая проходимость
  • практически не требует заправки
  • многофункциональный

Преимущества роботов в аграрном хозяйстве

Автономность роботов. Роботы может работать полностью автономно, с помощью программы, при этом оператор контролирует процесс работы робота удаленно. На сложных участках или при аварийных или экстренных ситуациях оператор может вручную управлять роботом через пульт управления, блютуз и специальные датчики.

Проходимость роботов. Комплекс может проходить в трудно проходимых местах, так как оснащен хорошей гусеничной подвеской, большими колесами.

Бесшумность роботов. По сравнению с обычными комбайнами роботы почти бесшумны за счёт того, что у них нет дизельного двигателя. Безопасность роботов для людей и животных обеспечивается подачей специальных звуковых сигналов предупреждении об опасности.

Экономическая целесообразность

  1. Комплекс заменяет целый парк сельскохозяйственной техники;
  2. Комплекс имеет высокий ресурс и мало ломается.

Имея высокую первоначальную стоимость, комплекс окупится через 2 – 3 года использования.

Роботы для полей: обзор интеллектуальной сельхозтехники

Сельскохозяйственная отрасль является перспективным рынком для внедрения разработок в области робототехники, поскольку использование подобных машин позволяет создавать высокоинтеллектуальное производство. В связи с этим в последние годы в агросекторе активизировалась работа по конструированию робототехнических устройств.

В основном такая техника предназначена для выполнения повторяющихся операций при возделывании различных сельскохозяйственных растений. При этом главная цель ее применения в аграрной отрасли состоит в замене человеческого труда, минимизации вредного воздействия химических средств на людей и окружающую среду, а также в повышении производительности предприятий и урожайности возделываемых культур.

1. Схема расположения рабочих органов модуля для механического уничтожения сорняков

Помимо этого, универсальная платформа способна перемещать полезный груз до 150 кг, а ее генератор — обеспечивать энергией непрерывную работу в течение 24 ч при одной заправке топливом. Основная идея создания такого устройства заключается в том, что фермер может купить только одну платформу и несколько необходимых ему модулей, а другие дополнения он сможет брать в аренду у специализирующейся на этом организации. Сегодня фирмой-изготовителем проводятся испытания робота в реальных условиях, а также осуществляется разработка варианта универсальной платформы меньшего размера и набора сменных модулей к ней. Такие маленькие аппараты могут действовать в составе групп, почти не уступая в производительности более крупным экземплярам.

1. Основные технические данные робота Greenrobot

робот Greenbot

В скором времени фирма Kubota также планирует начать продажи в Японии автономного трактора AgriRobo, выполняющего обычные процессы без оператора и с использованием GPS. Для его управления в сотрудничестве с фирмой Topcon и Канзасским государственным университетом было разработано программное обеспечение, с помощью которого перед началом операций создается рабочий план. Сочетание сонара и сканера обеспечивает безопасное обнаружение неподвижных и мобильных препятствий. Системы контроля и безопасности гарантируют, что машина не будет выполнять опасные маневры. Фирмой ведутся также работы по созданию зерноуборочных комбайнов и автономных аппаратов для возделывания риса.

Компания Fendt постепенно развивает проект создания автономных аграрных устройств под названием MARS, то есть Mobile Agricultural Robot Swarms — система мобильных сельскохозяйственных роботов. Программа была профинансирована Европейским союзом при содействии университета г. Ульме, который занимался разработкой аппаратов на спутниковой системе навигации для посадки кукурузы. Основная идея данного проекта заключается в производстве малогабаритного многофункционального робота, который будет работать автономно на электроприводе и управляться дистанционно за счет облачных технологий. Основополагающими в программе являются, в том числе, экологические факторы — снижение повреждения почвы, уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу и максимально бесшумные операции. Согласно планам компании, роботы будут переправляться на поле с помощью специального транспортного модуля, использующегося в качестве зарядного устройства и семенного бункера. Каждое устройство применяет специальное программное обеспечение, интерфейс которого позволяет задавать параметры поля, норму заделки семенного материала, густоту посадок, месторасположение культур и количество работающих машин. Параметры и данные сохраняются в облачном сервисе. Как заявляют представители Fendt, подобное решение дает возможность выполнять последующую почвообработку более точно и с меньшими финансовыми вложениями.

Компания Agrirobo совместно с Технологическим институтом и Университетом наук о жизни и окружающей среде в польском городе Вроцлаве также подготовила роботизированную систему обработки сельхозугодий Agribot. Машина представляет собой агрегат с двигателем мощностью 55 кВт и четырьмя независимыми движителями. Конструкция обеспечивает высокую проходимость по почве и малый радиус разворота, что позволяет механизму действовать в стесненных условиях. Спереди и сзади находятся стандартные узлы для навески разных орудий. Например, сзади может крепиться емкость для средств защиты растений, спереди — оборудование, выполняющее распыление рабочей жидкости. Управление роботом дистанционное, благодаря чему отсутствует риск вредного воздействия агрохимических препаратов на организм оператора. Для определения координат используется система GPS, а оценка производится с точностью до одного сантиметра. Ориентироваться на поле позволяют дополнительные датчики, а многие манипуляции осуществляются в автономном режиме. Робот способен реализовывать большинство основных операций — внесение средств защиты и удобрений, обрезку деревьев, кошение и другие.

AT400 Spirit трактор

ТОЧНОСТЬ И КОНТРОЛЬ

Созданный инженерами из австралийского университета робот Ladybird, то есть "божья коровка", работает на солнечных батареях. Название было продиктовано внешним сходством этих зарядных устройств с крыльями летающего насекомого. Механизм оснащен системой лазерного наведения и интегрированным автоматизированным манипулятором, с помощью которого можно собирать урожай. В задачи машины входят контроль над процессом выращивания овощей на всех стадиях, обнаружение вредителей, а также удаление сорных культур при необходимости. Сорняки робот уничтожает при помощи не только гербицидов, но и традиционных ножей, микроволнового излучения и лазерных лучей. Оборудованный датчиками и камерами аппарат может с точностью до квадратных сантиметров производить опрыскивание химикатами, пересчитывать растения по одному и добираться до труднодоступных мест.

Ladybird робот

В агропромышленном центре технологических инноваций Advesva компании Agrobot был разработан роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая клубники Agrobot SW6010. Его конструкция включает 14 или 60 манипуляторов с мелкими металлическими корзинами, мощный компьютер и цветовые датчики, которые распознают спелую клубнику среди зеленых листьев и игнорируют незрелые ягоды. Агрегат имеет два рабочих модуля для контроля и упаковки, а также четыре управляемых колеса для обеспечения маневренности. Размеры и большой угол поворота колес отлично подходят для работы как внутри теплиц, так и снаружи. Система сбора контролирует набор манипуляторов, способных найти клубнику и распределить ее в зависимости от размера и степени зрелости. Анализируется каждая ягода, причем процесс среза осуществляется с необходимыми точностью, плавностью и чувствительностью. Специальная система сразу упаковывает урожай. В приводе робота используется двухцилиндровый дизельный двигатель мощностью 21 кВт. Испытания показали, что применение данного устройства обеспечивает 50% снижения цены свежей клубники и до 90% — промышленной для производства пюре и йогуртов.

Британский производитель сельхозтехники Garford Farm Machinery создал специальный модуль контроля для трактора Robo-pilot, в котором интегрированы две системы — Robocrop и автоматического управления с помощью информации о локальном местонахождении. Назначение первой программы — вождение машины без участия оператора при междурядной обработке пропашных культур. Устройство включает видеокамеру, бортовой компьютер, навеску с механизмом гидравлического бокового смещения и датчик скорости. Обрабатываемая культура перед агрегатом фиксируется с помощью видеокамеры. Изображение анализируется компьютером в целях обнаружения высокой концентрации зеленого пигмента, указывающего на наличие объекта. За счет широкого обзора камеры и обработки нескольких рядов одновременно достигается оптимальная центральная фиксация. Полученный результат сравнивается с сеткой делений, соответствующей расстоянию междурядья. Данная информация используется для точного размещения рабочих органов и их дальнейшего перемещения с помощью гидравлики. Поскольку система Robocrop работает с несколькими рядами, обеспечивается высокая степень точности даже при сильном зарастании сорняками. Более того, устройство может самостоятельно осуществлять управление высокоскоростным культиватором задней навески, отвечая за движение трактора и оборудования полностью без участия человека. Скорость движения обычно составляет до 12 км/ч, но данное значение может быть увеличено. Консоль быстрого доступа соединена с системой Robo-pilot, имеет сенсорный дисплей с понятными символами и удобными функциями, что упрощает использование агрегата.

Robocrop_inrow_ravetuva_opt

В течение ближайшего года компания предполагает провести серию тестовых внедрений AgroBot и отработку основных операций в беспилотном режиме за счет использования сценариев автономных действий. На следующих этапах испытаний создатели планируют протестировать системы в разных погодных условиях, оценить возможности диспетчеризации и кооперативной работы с несколькими аналогичными машинами на одной территории. Кроме того, запланированы оптимизация процесса управления и упрощение интерфейса.

Отечественная компания Cognitive Technologies провела в Республике Татарстан испытания беспилотных тракторов с системой компьютерного зрения собственной разработки. По оценкам специалистов, стоимость подобного программно-аппаратного комплекса составляет не более 15% от общей цены машины. Технику пока не планируют оснащать лидаром, потому что это существенно увеличит ее стоимость. На ней предполагается устанавливать устройства компьютерного зрения, включающие в себя стереопару — систему из двух камер, снимающих видео с разрешением Full HD. Кроме этого, в комплектацию входят навигационный и инерционный датчики ГЛОНАСС и GPS, а также вычислительный блок.

2. Классификация степени автоматизации выполнения технологических операций

Семейство техники реализует концепцию автоматизированного сельскохозяйственного производства на основе последовательной разработки и внедрения серии мобильных автономных роботов. Каждый из них будет выполнять отличный от других набор агротехнических операций. Совместное применение всех механизмов обеспечит полный функционально замкнутый цикл, причем аграрий сможет приобретать и внедрять каждого робота отдельно либо все семейство сразу. Аппараты могут использоваться одновременно с имеющимися в хозяйстве машинами и средствами автоматизации. Преимуществом AgroMultiBot в процессе сельскохозяйственного производства станет замещение до 25 человек на поле. При этом будет обеспечиваться дополнительный сбор 30–50% урожая, остающегося на поле при традиционной уборке. Таким образом, уже сегодня разработаны и вполне успешно тестируются различные роботизированные машины для сельского хозяйства как зарубежного, так и отечественного производства. Дальнейшее развитие данного направления будет способствовать более широкому внедрению таких устройств в аграрную отрасль, в том числе и в нашей стране.

Читайте также: