Робототехнический комплекс для автоматизированной авиационной химической обработки растений и способ его применения - RU2586142C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к сельскохозяйственной робототехнике, в частности, может быть использовано в технологии автоматизированной авиационной химической обработки растений.

Известны различные конструкции беспилотной авиационной техники, успешно используемой в сельском хозяйстве для обработки надземной части растений способом распыления жидкости. Наиболее близким к заявленному изобретению по конструкции и назначению является беспилотный летательный аппарат R-MAX фирмы Yamaha, дополнительно оснащенный навесным опрыскивающим оборудованием и двумя пластиковыми баллонами общей емкостью 16 л [1].

Недостатком способа использования данного вида авиационной техники в сельском хозяйстве является то, что несмотря на наличие технической возможности автоматизации процесса полета и непосредственной обработки растений остается необходимость в обслуживающем персонале для выполнения множества вспомогательных операций: транспортировки к зоне обработки, приготовления и заправки химическими материалами и топливом, планирование миссии и управление полетом, которые ограничивают рост производительности выполнения технологической операции и не позволяют снизить себестоимость выполняемых работ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются: автоматизация выполнения химической обработки растений, повышение производительности и снижение себестоимости технологической операции.

Указанный технический результат достигается робототехническим комплексом устройств (фиг. 1), который включает в себя, по крайней мере, хотя бы один дрон-опрыскиватель 1, выполненный в виде малогабаритного автоматического беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой, например многовинтового летательного аппарата - мультикоптера, и оснащенного опрыскивающим оборудованием 2, и, по крайней мере, хотя бы один сервисный наземный мобильный робот 3, оснащенный средствами для приготовления и заправки химических материалов и обеспечения энергией дронов-опрыскивателей 4, площадками 5 для их хранения и транспортировки, взлета и посадки, а также устройствами сопряжения 6 сервисного робота и дрона-опрыскивателя, предназначенных для их периодического соединения между собой и обмена энергией и химическими материалами. Дроны-опрыскиватели и сервисные роботы оснащены сенсорами внутренней и внешней среды, вычислительными средствами, средствами навигации, ориентации и связи. Дополнительно комплекс может связываться с внешним управляющим вычислительным устройством 7.

Система управления робототехническим комплексом может быть исполнена в централизованном и децентрализованном варианте.

Робототехнический комплекс может быть исполнен в варианте, в котором сервисный робот в процессе работы комплекса остается неподвижным и является стационарной базой для дронов-опрыскивателей.

Обслуживание робототехнического комплекса сводится к обеспечению материальными и энергетическими средствами сервисных роботов.

Робототехнический комплекс работает следующим образом.

Снаряженные необходимым количеством энергии и химических материалов сервисный робот 3 с базируемыми на нем дронами-опрыскивателями 1 устанавливается в исходную позицию 8 в окрестности обрабатываемого участка с растениями - рабочей зоны 9 (Фиг. 2). Перед началом полета сервисный робот 3 автоматически приготавливает химические материалы, а дроны-опрыскиватели 1, взаимодействуя с ним автоматически, пополняют запасы энергии и химических материалов.

Робототехнический комплекс, получив задание от внешней управляющей системы, которое как минимум содержит описание целевых задач (координаты границ обработки, режимы обработки и т.п.), автоматически рассчитывает траекторию перемещения сервисного робота 10 относительно площади, предназначенной для его перемещения в окрестности рабочей зоны 9 - сервисной зоны 11, делит рабочую зону 9 на доступное количество дронов-опрыскивателей 1 и рассчитывает их траектории полета 12 в разрешенном и доступном для их движения воздушном пространстве - оперативной зоне 13, покрывающем рабочую 9 и сервисную 11 зоны.

Дроны-опрыскиватели 1 по рассчитанным траекториям 12 облетают рабочую зону 9 и выполняют опрыскивающим оборудованием 2 химическую обработку растений. Одновременно они автоматически ведут контроль имеющихся на борту запасов энергии и химических материалов и по мере истощения пополняют их, осуществляя автоматическое взаимодействие с сервисным роботом 3.

Сервисный робот 3 по рассчитанной траектории осуществляет свое перемещение относительно сервисной зоны 11.

В процессе работы робототехнического комплекса автоматически ведется учет координат границ обработанных участков рабочей зоны 9 и пересчитываются траектории движения всех устройств робототехнического комплекса для достижения наибольшей эффективности выполнения технологической операции химической обработки растений.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа и комплекса устройств для химической обработки растений, позволяющих максимально механизировать и автоматизировать технологический процесс опрыскивания надземных частей растений.

Указанная задача решается тем, что химическая обработка растений осуществляется способом, предусмотренным для автоматизированного робототехнического комплекса, состоящего из дронов-опрыскивателей и наземных сервисных роботов. Их совместная работа позволяет в автоматическом режиме с высокой производительностью выполнять технологическую операцию химической обработки растений и значительно снижать производственные затраты. Это обусловлено проявлением нескольких технических эффектов заявленного комплекса устройств:

1. Наличие устройств сопряжения сервисного робота и дрона-опрыскивателя, а также автоматического процесса взаимодействия, предусматривающего их соединение между собой, пополнение запаса энергии и химических материалов дрона-опрыскивателя, позволяют исключить обслуживающий персонал.

2. Автоматическое распределение площади рабочей зоны между дронами-опрыскивателями позволяет оптимизировать процесс обработки и повысить производительность.

3. Непрерывный автоматический расчет траекторий движения всех устройств робототехнического комплекса способствует повышению производительности химической обработки растений.

4. Использование в комплексе множества малогабаритных дронов-опрыскивателей позволяет при той же производительности снизить их общую стоимость, по сравнению с традиционной авиационной техникой, что существенно сказывается на снижении себестоимости химической обработки растений.

Источники информации:

1. http://rmax.yamaha-motor.com.au/

Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственной робототехнике и может быть использовано для автоматизированной авиационной химической обработки растений. Робототехнический комплекс для химической обработки растений включает хотя бы один дрон-опрыскиватель и хотя бы один сервисный наземный мобильный робот. Дрон-опрыскиватель выполнен в виде малогабаритного автоматического беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой. Дрон-опрыскиватель оснащен опрыскивающим оборудованием, сенсорами внутренней и внешней среды, вычислительными средствами, средствами навигации, ориентации и связи, энергоустановкой, средствами для хранения носителя энергии и химических материалов, устройством сопряжения с сервисным роботом. Сервисный наземный мобильный робот выполнен в виде подвижной транспортной платформы. Сервисный робот оснащен средствами для хранения и передачи носителей энергии, приготовления, хранения и передачи химических материалов, площадками для хранения и транспортировки, взлета и посадки дронов-опрыскивателей. Обеспечивается автоматизация химической обработки растений, повышается производительность, снижается себестоимость обработки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула