Проектирование агротехнической автономной платформы для прецизионного внесения удобрений
Введение
Сельское хозяйство – это отрасль экономики, занимающаяся производством пищевых и иных продуктов из растений и животных. Основные направления – растениеводство (выращивание зерновых, овощей и фруктов) и животноводство (разведение скота, птицы, рыбы). Эта сфера является ключевым источником продовольствия для человечества и обеспечивает сырьем пищевую и текстильную отрасли промышленности, создает рабочие места для населения.
Снижение населения сельской местности, повышения спроса на продукты питания, а также проблема урожайности – основные причины внедрения роботов в сельское хозяйство.
Создание роботов для удобрения почвы решает такие проблемы, как:
Неравномерное внесение удобрений (неоправданно высокие их дозы снижают урожайность культур, ухудшают качество продукции, загрязняют окружающую среду)
Неправильное применение удобрений (ухудшает агрохимические свойства почв, снижает плодородие)
Избыточное внесение удобрений (Загрязнение водоёмов нитратами, сульфа
Содержание
Введение 4
1. Цели и задачи 6
1.1. Актуальность темы проекта 6
1.2. Анализ существующих устройств 8
1.3. Управленческие решения 19
1.4. Цели и задачи ВКР 22
1.5. Требования к разрабатываемому устройству. Техническое задание 23
Выводы по главе 1 23
2. Математическое моделирование работы устройства 24
2.1. Схема, описание работы устройства 24
2.2. Задачи математического моделирования 25
2.3. Кинематический анализ движения робота для удобрения 26
2.4. Решение прямой задачи кинематики 20
2.5. Решение обратной задачи кинематики 35
2.6. Результаты математического моделирования 44
Выводы по главе 2 46
3. Проектирование конструкции устройства 47
3.1. Подбор электродвигателей и редукторов 48
3.2. Расчет электроприводов ведущих колес 46
3.3. Расчет и выбор подшипников 53
3.4. Расчет вала 56
3.5. Расчет зубчатого колеса. 58
3.6. Расчет кронштейна 60
3.7. Сборка привода.. 61
3.8 Сборка инъекционного колеса.. 62
3.9 Расчёт на прочность деталей устройства 66
Выводы по главе 3 67
4. Система автоматического управления 68
4.1. Принципы работы системы управления устройством 68
4.2. Функциональная схема системы управления 69
4.3. Структурная схема системы управления 71
4.4. Математическая модель работы системы управления 73
4.5. Исследование системы на устойчивость с помощью MATLAB. 76
4.6. Исследование системы на устойчивость 77
4.7. Алгоритм работы системы управления.. 80
4.8 . Выбор элементной базы для построения электронного модуля системы управления устройством.. 82
4.9 Принципиальная электрическая схема электронного модуля 89
Выводы по главе 4 90
Заключение 91
Список источников 95
Список использованных источников
1. Мобильные роботы: робот-колесо и робот-шар: учеб. пособие // Борисов А.В., Мамаев И.С., Караваев Ю.Л [и др.]. – СПб.: Нестор-История, 2013.-532 с.. – ISBN 978-5-90598-605-5. – Текст: непосредственный.
2. Основы механики: учебное пособие / С. Ф. Яцун, О. Г. Локтионо-ва, В. Я. Мищенко [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: ИНФРА-М, 2021. – 248 с. – ISBN 978-5-16-012872-6. – Текст: непосредственный.
3. Моделирование трехмерных объектов в среде КОМПАС-3D: учебное пособие/ Н. А. Сторчак, В. И. Гигачадзе, А. В. Синьков; Создание трехмерной модели конструкции, т. 30, № 2, 2006. – 201с. – Текст: непосредственный.
4. Моделирование мехатронных систем в среде MATLAB (Simulink / SimMechanics): учебное пособие для высших учебных заведений / Муса-лимов В.М., Г.Б. Заморуев, И.И. Калапышина и др. – СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 114 с.
5. Допуски и посадки: справочник: в 2-х ч. / В. Д. Мягков, М. А. Полей, А. Б. Романов [и др.]. – Ленинград: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. – Ч. 1. – 543 с. – Текст: непосредственный.
6. ГОСТ 2.701-2008. Единая система конструкторской документа-ции. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению = Unified system for design documentation. Diagrams. Kinds and types. General requirements for fulfillment: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 декабря 2008 г. № 702-ст: введён впервые: дата введения 2009-07-01 / разработан Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ), Автономной некоммерческой организацией Научно-исследовательский центр CALS-технологий «Прикладная логистика» (АНО НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика»). – Москва: Стандартинформ, 2020. – II, 13, [1] c. – Текст: непосредственный.
7. ГОСТ 2.105-95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам = Unified system for design documentation. General requirements for textual documents: национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : утвержден и введен в действие Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 8 августа 1995 г. N 426: введён впервые :дата введения 1996-07-01: 2011 – IV, 7, [1] c. ; 29 см. – Текст: непосредственный.
8. Бартенев, В.В. Математическая модель движения робота с двумя независимыми ведущими колесами по горизонтальной плоскости / В.В. Бартенев, С.Ф. Яцун, А.С. Аль-Еззи // Известия Самарского научного цен-тра Российской академии наук, т.13, №4 – 2011. С. 288-293.
9. Oz robot // naio-technologies.com. – URL: https://www.naio-technologi-es.com/en/oz/ (дата обращения: 15.10.2025). – Текст: электронный.
10. Maxon Motor // Магазин Maxongroup.com: сайт. – URL: https://www.maxongroup.com/maxon/view/catalog (дата обращения: -07.12.2025). – Текст: электронный.
11. HC-SR04 Ультразвуковой приемопередатчик // Магазин ChipDip.ru: сайт. – URL: https://www.chipdip.ru/product/hc-sr04 (дата об-ращения: 25.10.2025). – Текст: электронный..
12. H. Yan, W. Li, R. Xiang, G. Dong, Z. Wang and Z. Li, "Research and Application of Improved Triangulation Growth Method in Complex Salt Layer Modeling," 2021 4th International Conference on Robotics, Control and Au-tomation Engineering (RCAE), 2021, pp. 105-108, doi: 10.1109/RCAE53607.2021.9638887.
13. Farhan A. Salem, Dynamic and
Роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая земляники садовой Agrobot SW6010 (рис. 1.7) во время испытаний в Испании показал, что он обеспечивает на 50% снижение цены свежих ягод и удешевление до 90% сырья для промышленного производства ягодного пюре и наполнителей для йогуртов.
«В агропромышленном центре технологических инноваций Advesva компании Agrobot (Испания) был разработан роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая земляники садовой Agrobot SW6010, — рассказывает издание. — Его конструкция включает 14 или 60 манипуляторов с мелкими металлическими корзинами, мощный компьютер и цветовые датчики, которые распознают спелые ягоды среди зеленых листьев и игнорируют неспелые 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 в открытом грунте. Система сбора контролирует набор манипуляторов, способных найти ягоды и распределить их в зависимости от размера и степени зрелости.
AGXEED AgBot 5.115T2
AgBot 5.115T2 (рис. 1.8) - это высокопроизводительный автономный сельскохозяйственный робот, предназначенный