РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(19) RU (11) 2 834 465 (13) C1 (51) МПК A01B 51/02 (2006.01) A01B 69/04 (2006.01) B62D 55/08 (2006.01)

(54) Роботизированная сельскохозяйственная платформа

Изобретение относится к области автоматизации и роботизации, а именно к разработке универсальных роботизированных систем, предназначенных для выполнения различных сельскохозяйственных операций.

Изобретение обеспечивает выполнение работы на сельскохозяйственных угодьях, включая, но не ограничиваясь, обработку почвы, сев, уход за посевами, сбор урожая, подкормку и обработку растений. Таким образом, данное изобретение относится к сельскохозяйственной технике и к сфере создания автоматизированных решений для управления сельскохозяйственными процессами. Изобретение в широком смысле относится к категории сельскохозяйственных машин и орудий, в частности автоматизированных и роботизированных машин, используемых в сельском хозяйстве (Международная патентная классификация (IPC) A01B 51/00, A01B 51/02). Однако благодаря своей универсальной и адаптируемой природе, изобретение может быть использовано для множества применений в широком спектре сельскохозяйственных задач и функций, включая обработку почвы, посадку, внесение удобрений, управление растениеводством, борьбу с вредителями, орошение и сбор урожая. Учитывая интеграцию искусственного интеллекта и машинного обучения, изобретение относится к области систем или методов обработки данных, специально адаптированных для сельскохозяйственных целей; систем управления или приведения в действие на основе искусственного интеллекта для таких автоматизированных и роботизированных машин.

В настоящее время существует несколько различных типов сельскохозяйственной техники и роботизированных систем для выполнения различных сельскохозяйственных операций. Эти задачи включают в себя внесение удобрений и пестицидов, орошение, сбор урожая и многое другое. Рассмотренные системы включают мобильные средства с GPS-навигацией, беспилотные летательные аппараты для мониторинга урожая и автоматизированные системы орошения. Существующие роботизированные системы были разработаны для выполнения конкретных задач, однако этим системам, как правило, не хватает универсальности, и их нелегко адаптировать для других сельскохозяйственных задач. Они предназначены для определённых задач, что ограничивает их полезность в фермерских условиях, где спектр задач огромен и разнообразен. Российские патенты, находящиеся в открытом доступе, описывают роботизированные платформы, способные выполнять определённые сельскохозяйственные задачи. Известны изобретения: RU 2492620 C2 - «Сельскохозяйственный робот», предназначенный главным образом для обработки посадок и уборки бахчевых овощных культур, состоящий из двух кареток с приводными от двигателя колёсами, навигационным оборудованием, рабочими органами воздействия на почву, а также транспортёром для перемещения продукции. Недостатком данного устройства является узкий профиль выполняемых задач, а также низкая приспособленность к тяговым характеристикам на влажных грунтах. Известно устройство RU 2728225 C1 - «Сельскохозяйственный робот-комбайн» для уборки урожая бахчевых и ягодных культур на открытом грунте в безлюдном режиме, состоящий из транспортной платформы со свободными и приведёнными от двигателя колёсными движителями, производственных секций с манипуляторами для отделения продукции от посадок, сортировочного устройства, бункера для собранной продукции, системы транспортировки продукции в сортировочное устройство, аппаратно-программного комплекса для сканирования посадок, навигационного и позиционирующего устройств. Недостатком данного устройства также является ориентация на конкретные задачи, что делает невозможным приспособить данного робота для выполнения иных сельскохозяйственных операций. Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является RU 2701663 C1 - «Роботизированный гусеничный опрыскиватель для обработки сельскохозяйственных культур», включающий систему опрыскивания с ёмкостью для рабочего раствора, трубопроводами, арматурой, штангой и узлами форсунок, смонтированную на шасси, содержащем раму, ходовую систему и привод, энергетическую установку и систему управления. Недостатком технического решения, принятого за прототип, является сложность перепрофилирования устройства под другие нужды, требующие значительных изменений конструкции. А также не оптимальное расположение конструктивных элементов, что ухудшает устойчивость технического решения, а также ограничивает расположение рабочих органов.

Задача изобретения заключается в разработке и создании многофункциональной системы, повышенной проходимости и устойчивости, способной автоматизировать и улучшить различные задачи сельского хозяйства. Эта платформа должна быть способна выполнять широкий спектр задач, связанных с подготовкой почвы, производством и обработкой сельскохозяйственных культур в автоматизированном режиме при различных погодных условиях.

Поставленная задача решается за счет того, что конструкция гусеничного движителя имеет оптимальное, с точки зрения устойчивости, эффективности и универсальности расположение конструктивных элементов, исключая ограничения конструкции основной рамы, позволяя реализовать быстросъемные механизмы гусеничного движителя, а также применением алгоритмов с использованием нейронных сетей для управления движением разработанной конструкции.

Техническим результатом заявляемого изобретения является энергоэффективная универсальная роботизированная платформа повышенной проходимости, предназначенная для автоматизации широкого спектра сельскохозяйственных задач. Обеспечивая возможность эффективного агрегирования с другими навесными/прицепными сельскохозяйственными машинами.

Технический результат обеспечивается тем, что роботизированная сельскохозяйственная платформа представляет собой автономную мобильную базу, предназначенную для навигации по ландшафтам, встречающимся в сельскохозяйственных условиях, причем указанная база оснащена основной рамой, кузовом, гусеничным движителем, двумя электродвигателями, редукторами, по одному на каждую гусеницу, конструктивно совмещенным ленивцем, поддерживающим катком, натяжителем и амортизатором гусеницы, обеспечивая простоту конструкции, и имеет быстросъемные механизмы, позволяющие установить рамы для выполнения задач, не ограничивая конструктивное исполнение и высоту агротехнического просвета, причем компоновкой узлов гусеничного движителя за счёт расположения электродвигателя в габаритах гусеничного движителя ближе к геометрическому центру тяжести обеспечивается устойчивость платформы, а также исключается влияние на конструкцию основной рамы ввиду отсутствия передачи механической мощности от основной рамы к гусеничному движителю, кроме того, указанная база оснащена блоком электроники, содержащим литиевые батареи, зарядное устройство, драйверы электродвигателей и набор датчиков, и использует алгоритмы искусственного интеллекта для обеспечения курсовой устойчивости на основе нормализованных текущих и накопленных значений датчиков линейного и углового ускорения, магнитного датчика, GPS/ГЛОНАСС, тахометра, видео-/фотокамеры.

Изобретение поясняется чертежами, иллюстрирующими вариант конструкции платформы:

На фигуре 1 - вид спереди конструкции движителя.

На фигуре 2 - вид сверху.

На фигуре 3 - продольный разрез рамы.

На фигуре 4 - вариант съемной рамы.

Заявленное решение представляет собой платформу на базе гусеничного движителя (фигура 1), имеющего резинометаллическую гусеницу 1, поддерживающий каток 2, соединённый с устройством натяжения гусеницы 3, совмещающим функции амортизатора для гашения колебаний, три и более опорных катка 4, установленных на валу 5, соединённых при помощи пружин подвески 6, опирающихся на плоскую опору 7 и рычагов подвески 8 с рамой 9, через подшипники, установленные в корпус подшипника 10. На раме установлен электродвигатель 11, сосредоточенный в габаритах гусеничного движителя близко к геометрическому расположению центра тяжести, что повышает устойчивость платформы, а также исключает влияние на геометрию основной рамы в виду отсутствия передачи механической мощности на гусеничный движитель, с установленной на нем ведущей звездой 12, осуществляющей передачу крутящего момента, посредством цепной передачи на ведомую звезду 13, с последующим вращением приводной звезды гусеницы 14. В раме 9 предусмотрены отверстия 15 для соединения с основной съёмной рамой (фигура 2), позволяя легко адаптировать платформу под необходимые задачи, имеющую механизм соединения 16 с гусеничным движителем, необходимое навесное/прицепное оборудование 17, блок электроники 18 с применением взаимосвязанного электропривода, где связь электроприводов гусеничных движителей достигается за счёт применения алгоритмов искусственного интеллекта для стабилизации движения на грунтах различных типов и различной влажности, опираясь на показания сенсоров/датчиков: акселерометра, гироскопа, магнитного датчика, тахометра, камеры с компьютерным зрением и других, для выполнения заданного перемещения вне зависимости от вертикальной и горизонтальной нагрузки на платформу.

Заявленное устройство работает следующим образом.

При включении платформы, в соответствии с установленным программным обеспечением, посредством сети интернет/wifi/bluetooth, платформа подключается к управляющему устройству и скачивает запланированные задания, после чего переходит в режим ожидания до наступления условия начала выполнения задания. При этом условия могут включать в себя как временные метки, так и показания датчиков, например, температуры и влажности. До начала выполнения следующего задания, платформа производит диагностику, а также наличие необходимых для задания прицепных/навесных сельскохозяйственных машин, результаты которой отправляет на сервер. В случае если все проверки прошли успешно, платформа выполняет загруженное задание, представляющее собой набор команд по перемещению в заданную точку с заданной линейной и угловой скоростью, а также набор команд управления прицепными/навесными машинами. Курсовая устойчивость платформы, главным образом, достигается за счёт применения алгоритмов искусственного интеллекта, на вход которым передаются текущие и накопленные нормализованные значения показаний датчиков линейного и углового ускорения, показания разности желаемого и действительного угла векторов магнитного поля, а также модуль расстояния между желаемой и фактической точкой сигнала GPS/ГЛОНАСС. Выход модели представляет собой два значения, передаваемых на соответствующий драйвер управления электродвигателем.

Формула изобретения

Роботизированная сельскохозяйственная платформа, характеризующаяся тем, что представляет собой автономную мобильную базу, предназначенную для навигации по ландшафтам, встречающимся в сельскохозяйственных условиях, причем указанная база оснащена основной рамой, кузовом, гусеничным движителем, двумя электродвигателями, редукторами, по одному на каждую гусеницу, конструктивно совмещенным ленивцем, поддерживающим катком, натяжителем и амортизатором гусеницы, обеспечивая простоту конструкции, и имеет быстросъемные механизмы, позволяющие установить рамы для выполнения задач, не ограничивая конструктивное исполнение и высоту агротехнического просвета, причем компоновкой узлов гусеничного движителя за счёт расположения электродвигателя в габаритах гусеничного движителя ближе к геометрическому центру тяжести обеспечивается устойчивость платформы, а также исключается влияние на конструкцию основной рамы ввиду отсутствия передачи механической мощности от основной рамы к гусеничному движителю, кроме того, указанная база оснащена блоком электроники, содержащим литиевые батареи, зарядное устройство, драйверы электродвигателей и набор датчиков, и использует алгоритмы искусственного интеллекта для обеспечения курсовой устойчивости на основе нормализованных текущих и накопленных значений датчиков линейного и углового ускорения, магнитного датчика, GPS/ГЛОНАСС, тахометра, видео-/фотокамеры.