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

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.

 

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/

1. Робототехнический комплекс для химической обработки растений, включающий в себя, по крайней мере, хотя бы один дрон-опрыскиватель, выполненный в виде малогабаритного автоматического беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой, например многовинтового летательного аппарата - мультикоптера, и, по крайней мере, хотя бы один сервисный наземный мобильный робот, отличающийся тем, что дрон-опрыскиватель дополнительно оснащен опрыскивающим оборудованием, сенсорами внутренней и внешней среды, вычислительными средствами, средствами навигации, ориентации и связи, энергоустановкой и средствами для хранения носителя энергии и химических материалов, устройством сопряжения с сервисным роботом, а сервисный робот, выполненный в виде подвижной транспортной платформы, оснащенный теми же средствами, дополнительно снабжен средствами для хранения и передачи носителей энергии, приготовления, хранения и передачи химических материалов, площадками для хранения и транспортировки, взлета и посадки дронов-опрыскивателей.

2. Способ автоматизированной авиационной химической обработки растений, включающий выполнение технологических операций химической обработки растений, отличающийся тем, что выполнение авиационной химической обработки растений осуществляют робототехническим комплексом устройств по п. 1.

3. Способ автоматизированной авиационной химической обработки растений по п. 2, отличающийся тем, что сервисный робот в процессе работы комплекса остается неподвижным.