Рассмотрена возможность применения современных сенсорных робототехнических систем при проведении экспериментальных исследований в растениеводстве. В качестве основного инструмента для обеспечения точности и достоверности полевых данных предложено использование отечественного робота ВИМ-ЭЛЕКОМ. Рассмотрены методы сбора данных при мониторинге опытных участков, а также способы получения данных дистанционного зондирования.
По мере развития электроники, робототехники и информационных технологий активно разрабатываются и внедряются различные сенсорные системы, которые широко используются в полевых экспериментах в качестве основного инструмента для обеспечения точности и достоверности экспериментальных данных. Применение современных средств автоматизации и роботизации обеспечивает реализацию способов дистанционного зондирования агроценозов и управление продукционным процессом сельскохозяйственных культур, позволяет контролировать выполнение технологических операций, в on-line режиме анализировать развитие болезней и вредителей на растениях, проводить мониторинг урожайности сельскохозяйственных культур.
В настоящее время данные дистанционного зондирования предоставляются спутниковыми данными, данными аэрофотосъёмки и данными наземного обследования.
Анализ мирового научно-практического опыта показывает, что большинство средств дистанционного получения информации устанавливаются на наземные технические средства.
После получения информации об урожайности культур и наличии питательных элементов в почве составляются электронные карты, которые являются основой для проведения экспериментов с применением робототехнических средств, как в полевых экспериментах, так и в сельскохозяйственном производстве.
К основным видам сельскохозяйственных робототехнических средств относятся:
1. «Робот-трактор» – мобильный, трактор, предназначенный для сельскохозяйственных работ в беспилотном режиме и оснащённый системами точного позиционирования, вождения и управления серийными сельскохозяйственными машинами.
2. Роботы для ухода за растениями.
2.1. Автономные роботы с различными сельскохозяйственными адаптерами (опрыскиватели, культиваторы, подкормщики, роботы для мониторинга состояния плодовых насаждений).
2.2 Роботизированные сельскохозяйственные машины и устройства: анализируют свойства внешней среды и автоматически изменяют рабочие режимы в зависимости от условий.
3. Роботы для уборки урожая:
- Роботизированные комбайны для сборки урожая, оснащенные автономными манипуляторами. Предназначены для съема плодов и обладают определёнными свойствами автономности при работе, имеют возможность анализировать свойства внешней среды и автоматически изменять рабочие режимы. Возможно исполнение в мобильном варианте и в качестве агрегата для мобильного сельскохозяйственного энергосредства.
Эффективное практическое применение сельскохозяйственных роботов при проведении экспериментальных исследований возможно при условии соблюдения основных требований:
1. Способность оперативного получения, анализа и обработки большого объема информации о состоянии объектов агросистемы и реализации управляющего воздействия при выполнении технологических операций.
2. Возможность оперативного удаленного изменения режима управления.
3. Возможность непрерывной автономной работы в течение 10…12 часов.
4. Повышенная проходимость.
5. Всесезонная эксплуатация.
6. Возможность группового применения.
После получения экспериментальных данных с помощью робототехнических систем важным является правильная их интерпретация и обработка статистических данных. Для этого существуют методики и программные продукты, способные достоверно обрабатывать экспериментальные данные. Наиболее широко распространёнными и эффективными являются программы: Statistica, Data-Fit, Matlab и другие.
Внедрение новых машин в современное сельское хозяйство сопряжено с большим количеством полевых экспериментов и массивом опытных данных. Практика показывает, что зачастую проведение большого количества экспериментов не всегда является возможным, в том числе по причине высокой стоимости разработки и испытания опытных образцов технических средств. Один из способов решения данной проблемы заключается в применении автоматизированного рабочего места конструктора и программных средств имитационного моделирования полевого эксперимента. Например, такие как APM WinMashine и SolidWorks.
Средства имитационного моделирования осуществляют расчет динамики и кинематики механических систем, позволяют проектировать технологические процессы и моделировать поведение механических систем, в том числе находящихся в движении, и определять траектории произвольных точек звеньев, их скорости и ускорения, статические и динамические усилия.
Основными результатами применения робототехнических систем при экспериментальных исследованиях являются: обеспечение точности и достоверности полевых данных за счёт исключения «человеческого фактора» при выполнении экспериментов; увеличение производительности труда в 3...5 раз за счёт исключения ручного труда; сокращение сроков и стоимости проведения полевых экспериментов на 60…80 %.