Розробка конструкції універсальної робототехнічної платформи для моніторингу та обслуговування посівів у закритому грунті

Abstract

Сучасний розвиток агропромислового комплексу пов'язаний з інтенсивним впровадженням технологій точного землеробства, серед яких автоматизація процесів у закритому ґрунті є одним із найбільш наукомістких напрямків. Специфіка тепличних господарств як обмеженого, технологічно щільного та деформівного операційного середовища з підвищеними рівнями вологості й температури висуває жорсткі вимоги до мобільних роботизованих засобів. Традиційні просторові металеві рами, що використовуються у більшості сучасних агроплатформ, мають суттєві недоліки: надлишкову матеріаломісткість, схильність до корозії в агресивному середовищі, недостатню жорсткість на кручення та складність забезпечення герметизації внутрішніх вузлів. Ефективним розв'язанням окреслених проблем є перехід до тримальних безрамних конструкцій типу монокок, виготовлених із полімерних композиційних матеріалів. Застосування композитного монококу в конструкціях безекіпажних та роботизованих платформ дозволяє суттєво знизити власну масу транспортного засобу за одночасного збільшення корисної місткості внутрішнього простору для розміщення джерел живлення та електронних модулів. Це забезпечує підвищення енергоефективності, необхідної для тривалої автономної роботи, та гарантує високий рівень захисту обладнання від пилу й вологи. Таким чином, розробка універсальної роботизованої платформи, яка поєднує оптимізовану композитну конструкцію з сучасним програмно-алгоритмічним комплексом на базі операційної системи ROS 2 та засобів комп’ютерного зору, є актуальним науково-практичним завданням для машинобудівної та аграрної галузей. Мета проєкту — теоретичне обґрунтування, розрахунок та проєктування універсальної роботизованої платформи з тримальним композитним монококовим корпусом для автономного моніторингу та виконання технологічних операцій обслуговування сільськогосподарських культур у закритому ґрунті. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - проаналізувати сучасний стан і тенденції розвитку засобів автоматизації тепличних господарств та наявні конструктивно-компонувальні рішення мобільних роботів. - обґрунтувати геометричні параметри та матеріал тримального монококу, а також виконати розрахунок його напружено-деформованого стану. - провести тягово-динамічний і кінематичний розрахунки роботизованої платформи з обґрунтуванням технічних характеристик приводних елементів. - розробити архітектуру системи керування платформою на базі операційної системи ROS 2 та алгоритмічне забезпечення автономної навігації і побудови карт середовища. - інтегрувати підсистему комп'ютерного зору для фітосанітарного моніторингу та оцінки стану вегетації рослин. - оцінити техніко-економічну ефективність впровадження розробки, а також розробити заходи з охорони праці та навколишнього середовища. Сформовано інженерні рекомендації та розрахункові моделі для проєктування тримальних безрамних корпусів мобільних агророботів із композиційних матеріалів. Розроблено уніфіковану модульну архітектуру системи керування, що дозволяє адаптувати платформу для виконання різних технологічних операцій (диференційованого внесення препаратів, точкового зрошення або збору врожаю). Впровадження розробленого рішення забезпечує зниження операційних витрат тепличних господарств та зменшення хімічного навантаження на екосистему за рахунок прецизійного дозування робочих речовин.