Робот-пропольщик с функцией фертигации
ROBOT-WEEDER WITH FERTIGATION FUNCTION

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к роботизированному транспортному средству, а также к способу с применением робота для автоматического удаления сорняков пропашных культур режущим инструментом в рядке и междурядьях, и химической обработки от вредителей и болезней растений.
Известен беспилотный робот для лазерной обработки растений, при этом он содержит раму с управляемыми колесами, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, систему питания и установленный на раме модуль лазерной обработки растений с технологическим адаптером для установки высоты расположения упомянутого модуля в соответствии с высотой обрабатываемых растений (патент РФ №2634104, опубл. 2017).
Известен беспилотный робот для магнитно-импульсной обработки растений, включающий раму, управляемые колеса, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами и систему питания, при этом он снабжен установленными на раме адаптером и модулем магнитно-импульсной обработки растений, выполненным в виде магнитно-импульсного активатора с индуктором (патент РФ №2630397, опубл. 2017).
К недостаткам известных технических решений следует отнести: отсутствие возможности уничтожения сорных растений в рядке и междурядьях.
Известно робототехническое средство Hortibot (http:www.tehnologyreview.com/news/408225/robotic-farmer/), состоящее из рамы, управляемых колес, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, системы питания, которое обеспечивает выполнение широкого спектра работ в интенсивных технологиях возделывания садов. Оснащается оно различными технологическими модулями: опрыскиватель-гербицидник, рыхлитель-пропольщик, косилка.
Технический недостаток данного робототехнического средства Hortibot: отсутствие возможности механического точечного удаления сорняков в рядке и адаптироваться к различным видам растений.
Известен манипулятор-трипод промышленного назначения, содержащий основание, шарниры, исполнительные звенья, соединенные между собой с помощью пятиподвижного сферического шарнира и с грузозахватным органом, при этом исполнительные звенья выполнены в виде линейных приводов, каждый из которых соединяется между собой и с двухстепенным управляемым захватом, который представлен в виде двух независимых последовательно соединенных между собой звеньев в виде полусфер и грузозахватным органом, при этом звенья соединены между собой посредством вращательных цилиндрических шарниров с кинематической парой пятого класса, оси симметрии звеньев двухстепенного управляемого захвата перпендикулярны друг другу, а ось симметрии пятиподвижного сферического шарнира совпадает с одной из осей двухстепенного управляемого захвата, каждое звено имеет жесткое крепление с шаговым двигателем, основание выполнено в виде равностороннего треугольника, на котором установлены датчики технического зрения (патент РФ №2651781, опубл. 2018).
Технический недостаток данного манипулятора-трипода промышленного назначения: недостаточные функциональные возможности грузозахватного органа, отсутствие распылительной форсунки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному роботу-пропольщику с функцией фертигации является роботизированное транспортное средство и методы с использованием робота для автоматической обработки растений (патент US №20180168141), состоящее из рамы, управляемых колес, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, системы питания, дельта роботизированного манипулятора, камеры для захвата изображений земли перед роботом или под роботом, резервуара с насосом и дозатором для распылительных форсунок, режущего инструмента рабочего органа с двигателем вращения.
Технический недостаток данного роботизированного транспортного средства и методов с использованием робота для автоматической обработки растений: сложность в обслуживании, отсутствии регулирования распылительной форсунки относительно размеров растения.
Технический результат - повышение качества прополки рядков и междурядий пропашных культур от сорных растений, снижение травмирования культурных растений за счет применения точечной обработки, а также химическая обработка от вредителей и болезней растений.
Указанный технический результат достигается роботом-пропольщиком с функцией фертигации, содержащим раму, управляющие колеса, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, систему питания, датчик технического зрения, манипулятор-трипод с распылительной форсункой, резервуар с препаратом для обработки растений, насос с дозатором, рабочий орган с двигателем постоянного тока и линейным приводом, согласно изобретению дополнительно содержит три направляющие с каретками, две из которых выполнены в виде круглого стержня, а третья - прямоугольного стержня, поперечины, три исполнительных привода, при этом две направляющие с каретками крепятся к раме посредством опор, расположенных на концах направляющих, оси которых параллельны друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения робота-пропольщика, а третья направляющая с кареткой и поперечина имеют жесткое крепление с каретками первой и второй направляющих, оси поперечины и третьей направляющей параллельны друг другу в горизонтальной плоскости и перпендикулярны осям первых двух направляющих, при этом первый и второй исполнительные приводы крепятся с кареткой и с поперечиной по концам с одной стороны, а третий исполнительный привод по центру с поперечиной с обратной стороны и с рамой посредством шарнирных узлов с вращательной парой пятого класса, при этом рабочий орган имеет соединение с двигателем постоянного тока и линейным приводом, которые последовательно расположены вертикально друг за другом и жестко крепятся с третьей направляющей с кареткой.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 общий вид робота-пропольщика с функцией фертигации.
На фиг. 2 вид сзади робота-пропольщика с функцией фертигации.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключается в следующем.
Предлагаемый робот-пропольщик с функцией фертигации (фиг. 1, 2) состоит из рамы 1, управляющих колес 2, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами 3, системы питания 4, датчика технического зрения 5, который устанавливается спереди в нижней части рамы 1 для обнаружения сорняков в рядке и междурядьях, а также вредителей и больных растений.
Для химической обработки растений от вредителей и болезней в задней нижней части рамы 1, устанавливается манипулятор-трипод 6 с распылительной форсункой 7, который крепится с помощью двухстепенных шарниров 8. Конструкция манипулятора-трипода 6 описана в патенте РФ №2651781, опубликован 2018 году, патентообладатель ФГБОУ ВО Волгоградский государственный аграрный университет. В задней части на раме 1 жестко крепятся резервуар 9 с препаратом для обработки растений, насос с дозатором 10, которые соединяются с распылительной форсункой 7 с помощью гибкого шланга 11.
Для уничтожения сорняков предусмотрен режущий инструмент рабочего органа 12, который соединяется с двигателем постоянного тока 13 и линейным приводом (актуатором) 14, расположенных в вертикальной плоскости последовательно друг за другом.
Перемещение в горизонтальной плоскости рабочего органа 12 с двигателем постоянного тока 13 и линейным приводом (актуатором) 14 осуществляются по трем направляющим 15, 16 с каретками 17, 18, при этом линейный привод (актуатор) 14 жестко крепится с кареткой 18. Две направляющие 15 с каретками 17 выполнены в виде круглого стержня и крепятся на раму 1 посредством опор 19, расположенных на концах направляющих 15, оси которых параллельно друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения робота-пропольщика. Третья направляющая 16 с кареткой 18 выполнена в виде прямоугольного стержня и крепится с передними каретками 17 первой и второй направляющих 15. Между двумя направляющими 15 устанавливается поперечина 20, которая жестко крепится с задними каретками 17 первой и второй направляющих 15, при этом оси поперечины 20 и третьей направляющей 16 параллельны друг другу в горизонтальной плоскости и перпендикулярны осям первым двум направляющим 15. Перемещение поперечины 20 и направляющей 16 по осям направляющих 15, а также каретки 18 по направляющей 16 осуществляется тремя исполнительными приводами 21-23, которые устанавливаются следующим образом. Первый и второй исполнительные привода 21, 22 крепятся с кареткой 18 и с поперечиной 20 по концам с одной стороны, а третий исполнительный привод 23 по центру с поперечиной 20 с обратной стороны и с рамой 1 посредством шарнирных узлов 24 с вращательной парой пятого класса.
Работа робота-пропольщика с функцией фертигации осуществляется следующим образом.
С помощью системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами 3 робот-пропольщик заезжает в рядки с растениями. В автоматическом режиме с помощью датчика технического зрения 5, установленного спереди в нижней части рамы 1 определяются координаты расположения сорняков в рядке.
Режущий инструмент рабочего органа 12, соединенный с двигателем постоянного тока 13 и линейным приводом (актуатором) 14 перемещается к сорняку по определенным координатам и располагается над сорняком следующим образом. Если сорняк и режущий инструмент рабочего органа 12 находятся на некотором расстоянии друг от друга в продольном направлении, т.е. параллельно движению робота-пропольщика, то перемещение рабочего органа 12, может выполняться работой исполнительного привода 23, или дополнительно работой двух исполнительных приводов 21, 22 одновременно, в зависимости от расстояния между сорняком и рабочим органом 12. При изменении длины исполнительного привода 23, который крепится с поперечиной 20 шарнирным узлом 24, способствует перемещению по направляющим 15 конструкции, составляющими которой являются поперечина 20, исполнительные привода 21, 22 и направляющая 16 с кареткой 18 соединенные между собой шарнирными узлами 24. Вследствие этого каретка 18 увлекает за собой жестко соединенный линейный привод 14 с двигателем постоянного тока 13 и рабочим органом 12. Выше перечисленная конструкция максимально перемещается на длину исполнительного привода 23. При изменении длин исполнительных приводов 21 и 22 одновременно работающих, способствует перемещению по направляющим 15 только направляющей 16 с кареткой 18, а также рабочего органа 12 с двигателем постоянного тока 13 и линейным приводом 14. Перемещение рабочего органа 12 в поперечном направлении, выполняется работой одного из двух исполнительных приводов 21, 22 в зависимости от расположения сорняка слева или справа.
Когда режущий инструмент рабочего органа 12 находится над сорняком, то включаются двигатель постоянного тока 13, а за ним и линейный привод (актуатор) 14, который перемещает рабочий орган 12 вертикально вниз, тем самым срезая сорняк и взрыхляя почву рядом с ним.
Химическая обработка растений от вредителей и болезней выполняется после механического удаления сорняков. При обнаружении зараженного растения датчиком технического зрения 5 и только когда манипулятор-трипод 6 с распылительной форсункой 7 располагается над зараженным растением начинается химическая обработка. Манипулятор-трипод 6 подводит распылительную форсунку 7 к растению, при этом распылительная форсунка 7 имеет две степени подвижности и получает возможность опрыскивать растения под суммарным углом 270 градусов от вертикали, т.е. проводить обработку под листвой, что характерно для взрослых растений. После регулирования положения распылительной форсунки 7 относительно растения в нее подается препарат для обработки растений из резервуара 9 с помощью насоса с дозатором 10 и гибкого шланга 11.
Таким образом, робот-пропольщик с функцией фертигации, в автоматическом режиме уничтожает сорняки в рядках и междурядьях, попутно обрабатывает растения средствами защиты от вредителей и болезней. Точечная обработка позволяет повысить качество прополки рядков и междурядий пропашных культур от сорных растений, снизить травмирование культурных растений, а выборочная химическая обработка от вредителей и болезней растений экономично расходует средства защиты растений.