Колесно-шагающая платформа для агроробота

Данная статья посвящена изучению колесно-шагающих платформ для решения задач сельского хозяйства. Сначала будут описаны задачи сельского хозяйства, которые могут решать роботы. Далее, будут описаны общие принципы колёсно-шагающих платформ и приведены их преимущества по сравнению с традиционными вариантами. Следующим этапом, будет рассмотрен колёсно-шагающая платформа ATHLETE. В заключительной части статьи будет сформирован вывод.
Ключевые слова: Сельское хозяйство, Агроробот, Колёсно-шагающая платформа, ATHLETE. 
Wheel walking platform for agro-robot
This article is devoted to the study of wheel-walking platforms for solving agricultural problems. First, the tasks of agriculture that robots can solve will be described. Next, the general principles of wheel-walking platforms will be described and their advantages compared to traditional options. The next step will be considered ATHLETE wheel-walking platform. In the final part of the article, a conclusion will be formed.
Keywords: Agriculture, Agro-robot, Wheel-walking platform, ATHLETE.
1. Описание проблемы
Фермеры обращаются к технологиям для решения ряда насущных проблем, таких как растущая глобальная нехватка продовольствия и рабочей силы. Искусственный интеллект, полевые датчики и аналитика данных являются одними из передовых систем, используемых в этом начинании, но единственной областью, в которой сходятся эти технологии, является робототехника. Сельскохозяйственные роботы, иногда называемые огроботами, рассматриваются как одна из ключевых тенденций, которые окажут сильное влияние на сельское хозяйство в 2019 году.
Роботы решают различные задачи в области сельского хозяйства. Основное применение находится на стадии уборки урожая. Работы, связанные с сельским хозяйством, не являются простыми и имеют много повторяющихся задач, поэтому робот может быть полезным инструментом [1].
Роботы собирают яблоки, собирают клубнику, собирают салат и убирают сорняки. Беспилотники собирают аэрофотоснимки, которые помогают фермерам быстро оценить здоровье урожая. А роботизированные теплицы растут на тысячи миль от традиционных сельскохозяйственных угодий, выращивая овощи во дворах городских рынков с высоким потреблением.
В этом смысле исследования робототехники в сельском хозяйстве растут. Идея состоит в том, чтобы найти новые приложения или применения для робота в этой области.
Интересной задачей является манера передвижения робота по сельскохозяйственному.
Существует множество роботов на колёсной платформе, решающих эту задачу. Однако, если роботу требуется преодолеть какое-либо препятствие, или передвигаться по сложному рельефу, то колёсные платформы уже не справляются с поставленной задачей. На помощь приходят колёсно-шагающие платформы.
2. Колёсно-шагающие платформы
Среди шагающих платформ существуют также разработки колесно-шагающих роботов. При этом схемы использования колесного шагания разные.
На рисунке 1 продемонстрирован один из макетов колесно-шагающих роботов, произведённых на ВНИИТМ, Ленинград [2]. В данных аппаратах существует возможность перемещения осей вращения передних, средних и задних колес практически параллельно главной строительной плоскости корпуса. Эта функция могла включаться и отключаться поочередно для разных осей. Она увеличивала проходимость аппарата, в особенности по сыпучим грунтам.
Рисунок 1 - Колесно-шагающая платформа ВНИИТМ
2.1 Преимущества
На текущее время, в основном все развитые страны активно ведут разработку и исследования шагающих платформ. Это связано с тем, что шагающие платформы по сравнению с традиционными колёсными и гусеничными роботами имеют некоторые преимущества перед традиционными транспортными средствами при перемещении по поверхности с непростым рельефом, такими как пресечённая местность, завалы, а также внутри зданий и сооружений, где необходимо перемещаться по лестницам и узким коридорам и шахтам. В местах, когда необходимо чтобы следы от передвижного робота носили дискретный характер, достойную замену шагающей платформе найти не представляется возможным. Она использует шагания, возможности развязки движения корпуса платформы от опорной поверхности. Данный фактор уменьшает воздействие платформы при передвижении на плодородный слой земли. Данные преимущества платформы с шаговым движением могут быть востребованы при производстве сельскохозяйственных роботов [3].
2.2 Платформа ATHLETE
JPL лидирует в разработке роботизированного транспортного средства ATHLETE. ATHLETE способен катиться по волнообразной местности и «ходить» по чрезвычайно неровной или крутой местности, так что миссия робота в сельском хозяйстве может заключаться загрузке, транспортировании, манипулировании и размещении полезных грузов [4].
ATHLETE – это шестиногое транспортное средство с шестью колесами на конце каждой ноги
Ноги соединены с шестиугольной рамой, которая служит палубой для различных грузов, например, мешков с овощами и прочими сельскохозяйственными продуктами.
Каждое лицо гексагональной рамы имеет пару стереокамер, которые позволяют получать стереоскопический панорамный вид на окрестности.
У каждой ноги есть колесо на конце, и колесо относительно маленькое, затем, чтобы эффективно катиться по умеренной местности. Однако колёса можно заблокировать и использовать ноги, при попадании в труднопроходимую или экстремальную местность.
Колесо, каким бы оно ни было маленьким, имеет внутри двигатель намного меньшего размера, чем тот, который должен был бы быть, если бы ему нужно было проехать по более плохому ландшафту.
Эта экономия веса позволила разместить на конце каждой ноги блок, который имеет ряд инструментов, что позволило адаптировать любой вид электроинструмента к ножке и использовать этот механизм отбора мощности для приведения в действие этого инструмента.
Так что в данном случае это простой захват, и захват приводится в действие колесом; при повороте колеса, оно закрывает или открывает захват [5].
Планирование движения имеет решающее значение для работы ATHLETE, потому что это и ходок, и ровер, и что-то среднее между ними, поэтому для планирования каждого шага требуется определенная работа. Footfall – это программа, которая помогает удаленному водителю планировать каждый шаг. Он использует «телеметрию от робота, такую ​​как углы соединения и пары изображений стереокамеры, и генерирует трехмерную карту местности», вычисляет последовательность команд движения и представляет водителю анимированный предварительный просмотр.
Робот ATHLETE изображён на рисунке 2.
Рисунок 2 – Робот ATHLETE
Выводы
Робот ATHLETE вполне подходит для выполнения работ в сельском хозяйстве.
Он может передвигаться по любому виду местности и производить там необходимые работы. Примчим, каждый шаг робота управляется оператором. Оператор может одновременно управлять множеством роботов, заменяя целый рабочий персонал.
У робота ATHLETE есть платформа, которую можно использовать для погрузки и перемещения разного рода грузов, что пригодится при сборке урожая.
Библиографический список:
1. Роботы в сельском хозяйстве [Текст]. – https://www.robotnik.eu/services-robotic/mobile-robotics-applications/agriculture.
2. Охоцимский Д.Е., Платонов А.К. Алгоритмы управления шагающим аппаратом, способным преодолевать препятствия // Известия АН СССР, Техническая кибернетика, 1973, №5, с.3-10. 4. http://citforum.ru3. Фокин В. Г., Шаныгин С. В. Обзор и перспективы развития мобильных шагающих робототехнических систем // Молодой ученый. – 2015. – №18. – С. 207-215. – URL https://moluch.ru/archive/98/22115/ (дата обращения: 18.02.2020).
4. ATHLETE ровер [Текст]. – https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_748.html.
5. ATHLETE бедующего [Текст]. – https://www.jpl.nasa.gov/video/details.php?id=617.