Обоснование конструктивно-режимных параметров универсальной роботизированной платформы на электроприводе

Цель исследования. Разработка универсальной роботизированной платформы с обоснованием конструктивно-режимных параметров. Задачи исследования: 1. Выполнить анализ конструктивно-технологических параметров роботизированных машин, применяемых в сельском хозяйстве, выявить достоинства и недостатки. 2. Выполнить теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров универсальной роботизированной платформы на электроприводе. 3. Изучить процесс автоматического управления универсальной роботизированной платформы на основе навигационных и инерциальных датчиков с применением методов визуальной одометрии. 4. Выполнить лабораторные и полевые испытания универсальной роботизированной платформы. 5. Определить технико-экономическую эффективность применения универсальной роботизированной платформы. Объект исследования. Технико-технологические параметры универсальной роботизированной платформы на электроприводе. Предмет исследования. Закономерности обоснования конструктивнорежимных параметров универсальной роботизированной платформы и автоматического управления при эксплуатации. Научная гипотеза. Повышение эффективности обработки селекционных участков возможно применением универсальной роботизированной платформы на электроприводе, также происходит снижение стоимости ТО и ремонта техники. Методология и методы исследования. В рамках научной работы была применена комплексная методология научных исследований, включающая в себя методы классической механики и физики, кинематического и динамического анализа, моделирование конструкции с использованием программных комплексов FreeCAD и OpenSCAD для создания трехмерных моделей платформы, а также расчет конструкции на прочность с использованием метода конечных элементов (FEM), в процессе проведения испытаний применялись методы оптимизации параметров по критериям максимума автономности и точности, в лабораторных и полевых испытаниях применялись методы многофакторного эксперимента. Научная новизна работы. Предложена конструкция универсальной роботизированной платформы для выполнения с.х. работ на селекционных участках или малых фермерских хозяйствах. Теоретически обоснованы конструктивные и режимные параметры, разработан алгоритм управления роботизированной платформой на основе инерциальных датчиков, GPS и коррекции курса с применением искусственных сверточных нейронных сетей посредством обработки изображения полученного с камеры устройства. Теоретическая и практическая значимость. Обоснованы конструктивно-режимные параметры универсальной роботизированной платформы, получены зависимости требуемой мощности, эффективности и автономности платформы предложенной конструкции. Теоретическая база, послужила основой для разработки конструкции универсальной роботизированной платформы, что позволило значительно снизить расходы на ведение сельскохозяйственной деятельности, за счет удешевления конструкции и снижения стоимости технического обслуживания и ремонта. В результате была разработана универсальная роботизированная платформа на электроприводе с процессом автоматического управления (программное средство для ЭВМ № 2024690069, № 2024613229). Наилучшие показатели достигаются при ширине гусеницы - 115 мм, ширине катков - 25 мм, количестве катков - 12 шт, радиус катков - 80 мм, длина контакта движителя с почвой - 0.74 м. Применение универсальной роботизированной платформы обеспечило снижение потерь мощности на качение при движении на мягких почвах на 68%, так при дополнительной массе в 150 кг и скорости движения 7 км/ч, потери составили 280.7 Вт. Применением разработанного алгоритма автоматического управления удалось снизить ошибку позиционирования на 62%, так при движении по междурядьям на дистанции 1000 м, максимальная ошибка составила 6,2 см, при допустимой точности в 9 см. За счет снижения величины потребления электроэнергии и затрат на ТО и ремонт, при выполнении весенней и осенней подкормки, химпрополки годовая экономия составляет 213930 руб. Срок окупаемости составляет 1.1 года.