بخشی از مقاله
سيستمهاي هدايت اتوماتيک در ماشينهاي کشاورزي
چکيده :
هدايت ماشينهاي کشاورزي براي انجام اعمالي مانند خاک ورزي، کاشت ، داشت و برداشت علاوه بر حساسيت ، خستگي زيادي نيز براي راننده دارد. راننده علاوه بر قرار دادن ماشين در مسير دلخواه ، بايد بر کار ادوات نيز نظارت داشته باشد. بزرگ بودن عرض کار ادوات جديدو همچنين کمبود ديد راننده در شب ، عملا راننده رااز نظارت دقيق بر کار ادوات ناتوان مي کند.
سيستم هدايت اتوماتيک به معني حذف کامل راننده نيست . بلکه راننده براي تصميم گيري در مواقع خطر، هدايت وسيله در هنگام از کار افتادن سيستم ، تصميم گيري و هدايت وسيله ، هنگام بروز مشکلات غير قابل پيش بيني، مانند برخورد وسيله با موانع غير ثابت ( عبور انسانها و حيوانات در مزرعه و ...) بايد حضور داشته باشد در سيستم هدايت اتوماتيک جديد از امکانات GPS و ماشين ديد (Machine vision)به طور همزمان استفاده مي شود. اين سيستم هر بار ادوات کشاورزي را در مسير دلخواه قرار داده و هدايت مي کند. همچنين ماشين مي تواند به صورت کاملا مستقل و بدون دخالت راننده در انتهاي زمين دور بزند و مسير جديد را شروع کند دقت اين روش در حد سانتيمتر است .
کلمات کليدي : هدايت اتوماتيک ، ماشينهاي کشاورزي، GPS ، ماشين ديد.
مقدمه
تلاش براي توسعه سيستمهاي هدايت اتوماتيک ادوات کشاورزي از حدود ٥٠سال پيش شروع شده است .وامروزه نيز بيشتر مورد توجه محققين ،سازندگان و کشاورزان قرار گرفته است .اهداف و انگيزه هاي فراواني وجود دارد.از يک طرف هدايت اتوماتيک موجب کاهش زحمت وسختي کار براي راننده ميشود و به او اجازه ميدهد که تمام وقتش را صرف کنترل و تنظيم وسيله نمايد واين باعث افزايش کيفيت کار زراعت مي شود.از طرف ديگر هدايت اتوماتيک ،انجام شدن کار را به صورت دقيق و بهينه در طول روز و در سراسر مزرعه تضمين ميکند و باعث کاهش هزينه ،افزايش راندمان محصول و در نتيجه سود بيشتر مي شود.
ادوات کشاورزي براي انجام کارهاي مختلفي طراحي شده اند،واغلب در شرايط نامساعد و سرعتهاي متغير کار مي کنند.عملگر انساني،با استفاده ازهوش خود ،علائم سمعي و بصري را با تجربياتش به منظور هدايت وسيله نقليه ترکيب مي کند.ساعتهاي طولاني کار کردن وتکرار يک عمل به آساني باعث خستگي ميشود،که اين خستگي موجب کاهش ايمني،پايين آمدن راندمان و کيفيت کار مي شود.هدايت اتوماتيک ادوات باعث جبران اين مشکلات ميشود.
«منظور از هدايت اتوماتيک ،حرکت دادن وسيله نقليه ، به صورت خودکار،بر اساس پيروي از مسيري طراحي شده است » احتياج به اينکه راننده به طور پيوسته فرمان وسيله را در دست داشته باشد و همزمان ادوات کششي ويا سواري را در وضعيت مناسب کاري نگه دارد،يکي از دلايل اصلي توجه به هدايت اتوماتيک ادوات مي باشـد.وظيفـه راننـده از دو قسمت اصلي تشکيل ميشود،هدايت تراکتور و همزمان به کار اندازي و نظارت بر کار ادوات متصل به تراکتور..به همان نسبت که عرض کار ادوات افزايش مييابد،مشکلات راننده براي نظارت بر کار ادوات از درون کـابين افـزايش مـييابد،کـه ايـن مشـکلات ميتواند منجر به دوباره کاري و يا انجام نشدن عمليات کشاورزي در قسمتي از مزرعه شود.افزايش سرعت کـار ادوات کشـاورزي نيز بر مشکلات رانندگان افزوده است .
نکته مهمي که بايد به آن اشاره شود اين است که هدايت اتوماتيک ادوات کشاورزي الزاما به معني هدايت تراکتوريـا ادوات کشاورزي بدون حضور راننده نيست ،براي اين کار بايد تکنولوژي توسعه بيشتري پيدا کنـد.بـراي انجـام کارهـا بـدون راننده ،همـه کارها بر روي ماشين بايد اتوماتيک و بهينه سازي شود-نه فقط هدايت کردن -که اين خيلي پر هزينه اسـت نسـبت بـه اينکـه فقـط هدايت ماشين کشاورزي بصورت اتوماتيک باشد.بعلاوه هنگام کار در مزرعه ممکن است که ماشينهاي کشاورزي با مـوانعي غيـر قابل پيش بيني مواجه شوند،مانند گودالهاي ايجاد شده در اثر فرسايش ،حيواناتي که در مزرعه مخفي شده اند ويا حتي افرادي کـه در مزرعه در حال کار ويا تردد هستند،که در چنين زماني حضور راننده براي تصميم گيـري سـريع و صـحيح لازم اسـت .همچنـين قانون ،مشکلات بيمه و ايمني مانع از بدون سر نشين بودن ماشينهاي کشاورزي در مزرعه مي شود.بنابراين تمـام سيسـتمهاي هـدايت اتوماتيک ماشينهاي کشاورزي که در اينجا توضيح داده ميشود با حضور راننده مي ياشد.
ويژگيهاي يک سيستم هدايت اتوماتيک ايده آل به طور کلي اين ويژگيها را ميتوان در موارد زير خلاصه کرد
١-براي بيشتر کارهاي مزرعه اي ودر نقاط بيشتري از دنيا کاربرد داشته باشد.
٢-مناسب براي همه وسايل نقليه و ادوات کشاورزي باشد.
٣-احتياج به روشهاي ويژه و همچنين احتياج به وجود ادوات و وسايل نقليه ديگر در مزرعه نداشته باشد.
٤-احتياج به تدارکات و يا نصب وسايلي در داخل مزرعه ويا اطراف مزرعه نداشته باشد.
٥-کار کردن با آن براي استفاده کننده راحت و لذت بخش باشد.
٦-حجيم نباشد و شاختمانش طوري نباشد که براي کاربر توليد مزاحمت کند.
٧-نسبت کار به هزينه منطقي باشد.
٨-دقت هدايت در حد سانتيمتر باشد.
٩-براي سرعتهاي بالا نيز مناسب باشد.
به طور کلي روشها ي هدايت اتوماتيک به دو صورت انجام مي شود.
١-هدايت وسيله بر اساس واکنش مستقيم آن نسبت به رديفهاي محصول ويا کارهاي قبلي،مانند رديـف شـخم خـورده قبلـي و يـا رديف کشت شده قبلي
٢-هدايت وسيله بر اساس واکنش مستقيم آن نسبت به نقاط ثابت در مزرعه يا اطراف آن
نوع اول گستردگي بيشتري دارد و تقليدي است از کار انسان ،اين نوع هدايت بر مبناي مسيرهاي قبلي است ،شامل رديفهاي ناشي از اعمال کاشت ،شخم زدن ويابرداشت ،در حالي که در نوع دوم وسيله يک مسير ثابت واز پيش تعيين شده اي را دنبال مي کند.
از نقطه نظر سيستم کنترل ،نوع دوم پتانسيل خوبي براي دقت وثبات بيشتري دارد.از طرف ديگرسنسورهاي توسعه يافتـه بـراي نـوع اول مانندپيروي از شيار١ويا تکنيک تشخيص کناره ها، فاکتورهايي که خيلي اهميت پيدا ميکنند،افزايش سرعت مزرعه ايست .بـه هر حال بيشتر کشاورزان ترجيح ميدهندمسير اول را خود،به صورت مستقيم ،باتوجه به کناره هاي مزرعـه ويـا ديگـر علائـم زمينـي انجام دهند.در اين رابطه ،راننده متوسل به ويژگي اصلي نوع دوم مي شود که تراکتور مسير داده شـده را حفـظ مـيکنـد.در بعضـي مواقع که کناره ها دچار نوسانات جانبي ميشود،راننده ترجيح ميدهدهرچند وقت يک بار ،يک مسير را به منظور سروسـامان دادن و نظم بخشيدن به کناره ها،به صورت غير اتوماتيک انجام دهد.در حقيقت يکـي از مشـکلات مهـم روشـهايي کـه ازکنـاره هـا ويـا شيارها براي هدايت استفاده ميشود، همين افزايش درنوسانات است که در نهايت منتهي به يک خطاي بزرگ ميشود،که سيستم احتياج به اصلاح ويا دخالت راننده دارد.چيزي که بايد به خاطر داشت اينست که دقت نوع دوم ،با افزايش فاصله بين نقطه ثابـت و تراکتور،کاهش مي يابد.به طور خلاصه اينکه در حقيقت راننده هر دو مدل را در زمانهاي مقتضي به کار مي برد.
انواع سيستمهاي هدايت اتوماتيک
١-سيستم هدايت مکانيکي ٢
در سال ١٩٧٠ يک نوع حسگر مکانيکي به منظور تشخيص وجود ويا عدم وجود محصول ،به وسيله فشار عمودي اعمال شده بر بازوي حسگر توسعه پيدا کرد
Grovum and Zoerb در سال ١٩٧٠از يک جفت چرخ حسگر در انتهاي دو ميله مستقل که در دو طـرف تراکتـور قـرار داشتند استفاده کردند.هر گاه تراکتور در مسير مشخصي کار ميکرد،چرخ يکي از دو طرف ،داخل شيار ميافتاد و ميکروسـويچ را فعال مي کرد.سيگنال توليد شده براي کنترل يک موتور Servo جريان مستقيم که چرخ فرمان را حرکت ميداد،استفاده مي شد.
در سال ١٩٧٢توسط يک فنر حسگر بار گذاري شده در مقابل ساقه محصول ساخته شد،که يک سوپاپ الکتروهيـدروليک را فعال ميکرد و اين سوپاپ کنترل فرمان را انجام مي داد.
٢-سيستم هدايت نوري ٣
١-٢-اشعه ليزر
اشعه ليزر به صورتهاي مختلفي ميتواند به منظور هـدايت ادوات اسـتفاده شود،سـاده تـرين روش اسـتفاده از يـک پرتـو ثابـت ليزر،در جهت حرکت و در انتهاي زمين است .يک رديف آشکار ساز بر روي وسيله ،در کنار همديگر و عمود بـر جهـت حرکـت نصب مي شود.هدف ،محاسبه فاصله از مسير اصلي است .
Lawson در سال ١٩٨٥از پرتو ليزر براي هدايت اتوماتيک استفاده کرد. اين پرتو از يک ايستگاه راديـوئي سـيار کنتـرل از راه دور منتشر مي شد. هنگامي که يک رديف کار انجام مـيشـد،اين دسـتگاه بـه منظـور اسـتفاده بـرا ي رديـف بعـدي،در انتهـاي زمين ،جابه جا ميشد.
همه سيستمهاي نوري موقعي کاربرد دارند که خط ديد مسثقيم باشد. و موانعي در مقابل پرتو وجودنداشته باشد.
Shmulevich و همکاران در سال ١٩٨٩از يک سيگنال ليزر استفاده کردند که به وسيله يک شکافنده پرتو به دو پرتـو تقسـيم مي شد.(شکل ١)و به دو آئينه که به فاصله چندين متر از يکديگر قرار داشتند برخورد مي کرد.يک بازتـاب دهنـده بـر روي وسـيله نصب شده بود.آئينه اول دوران داده ميشد تا اينکه پرتو آن به هدف روي تراکتور تراکتور برخورد کند و بازگشت داده شـود.در اين لحظه زاويه آئينه ثبت مي شد.همين کار نيز براي آئينـه دوم تکـرار مـيشـد.بـا توجـه بـه دانسـتن فاصـله بـين دو آئينـه و زاويـه آنها،مختصات تراکتور به دست مي آمد.
٢-٢-نور مادون قرمز١
در روش استفاده از نور مادون قرمز به عنوان يک سيستم هدايت اتوماتيک ،از اختلاف نور مادون قرمزي که از دو سطح مختلف بازتابيده ميشود،استفاده مي گردد.روش معمول براي استفاده از اشعه مادون قرمز به اين صورت است که دو آشکار ساز در جلوي تراکتور نصب ميشود،بطوريکه يکي از آنها بالاي سطح خاک شخم خورده و ديگري بالاي سطح خاک شخم نخورده قرار مي گيرند.هرگاه در اثرانحراف تراکتور از مسير اصلي هر دو
آشکار ساز بر روي يک نوع خاک قرار گيرند،با توجه به اينکه پرتوهاي بازتابي يکسـان خواهنـد بـود،اين مسـأله بوسـيله سيسـتم فرمان اصلاح مي شود.
٣-روش ناوبري راديوئي ٢
