بخشی از مقاله
چکیده
با ورود رباتها به عرصه کشاورزی این بخش عظیم در حال دگرگونی و تحول میباشد. در سالهای اخیر و همزمان با توسعه فناوریهای رباتیک، نسل جدیدی از رباتهای ویژه کشاورزی طراحی و ساخته شده است. این رباتها میتوانند به صورت خودکار و با کمترین دخالت کشاورز، بسیاری از فعالیتهای کشاورزی از قبیل برداشت میوه، کنترل علفهای هرز، هرس درختان و درختچهها و غیره را انجام دهند. استفاده از رباتها سبب رفع مسائل و دشواریهای روشهای سنتی و متداول شده و همچنین سبب کاهش اثرات نامناسب ابزارها و ماشینهای موجود بر سلامتی کارگران میگردد.
هرس رباتیک سبب افزایش کیفیت و دقت هرس شده، و یک زیبایی و جلوهی خاصی به درختان و درختچههای زینتی میبخشد. همانگونه که مشخص است، ابزار برشدهنده ربات باید همواره در زمان هرس موازی با سطح افق حرکت کرده و این موضوع زمانی حاصل خواهد شد که ربات در یک حالت تراز قرار داشته باشد. موضوع تراز بودن ربات های مزرعه در زمینهای ناهموار باغات، پارکها و غیره بسیار حائز اهمیت بوده و عدم رعایت آن بر کیفیت عملکرد ربات تاثیر بسزائی خواهد داشت.
با توجه به وجود احتمالی ناهمواری و شیب در مزارع، باغات، فضاهای سبز و پارکها، نیاز به یک سیستم ترازکننده ربات احساس گردید. سیستم ترازکننده ربات بهعنوان رابط بین حامل و بازوی مکانیکی بوده و ترکیبی از واحدهای مکانیکی و کنترل میباشد. این مکانیزم میتواند قبل از شروع هرس ربات بصورت لحظهای فعال شده و بازوی مکانیکی و در نهایت ابزار برشدهنده ربات را در وضعیت تراز و موازی با سطح افق قرار دهد.
مقدمه
استفاده از ربات در کشاورزی و تولید غذا بدون شک یکی از آرزوهای بشر بوده و در سالهای اخیر علاقه به استفاده از تکنولوژی رباتیک در کشاورزی، افزایش چشمگیری یافته است. استفاده از ربات، یک توسعه و پیشرفت جدید و نوین نسبت به راهحل کنترل خودکار ادوات و ماشینهای کشاورزی همچون تراکتورها، کمباینها، سمپاشها و غیره میباشد. رباتها میتوانند در تسهیل فعالیتهای کشاورزی نقش بارزی را بر عهده داشته و در عملیاتهای آمادهسازی زمین، کاشت، داشت و برداشت به کار گرفته شوند.
از مهمترین مزایای کاربرد رباتها در بخش کشاورزی میتوان به کاهش هزینه نیروی کار، افزایش کیفیت و کمیت محصول تولیدی، انجام کار در محیطهای بسته و با فضای کم و همچنین انجام کارهای تکراری و خسته کننده اشاره نمود. کارشناسان و محققین بسیاری از کشورهای دنیا جهت حل مسایل و مشکلات پیش روی بخش کشاورزی و تامین تغذیه جمعیت در حال رشد جهان، استفاده از دانش رباتیک و به خدمت گرفتن پتانسیلهای آن را به عنوان راهبردی توانمند و کارآمد مطرح مینمایند.
درختچههای زینتی نقش بسیار مهمی در کاهش آلودگی هوای شهرها و افزایش زیبایی و چشمانداز پارکها دارند. هدف از هرس درختچههای در فضاهای سبز شهری و پارکها، برش ساقههای آنها و ایجاد فرم مناسبی بوده تا یک منظره طبیعی زیبا را در برابر دیدگان انسانها قرار دهد. در هرس رباتیک با بکارگیری ربات، علاوه بر کاهش نقش نیروی انسانی، سهولت و دقت بالای انجام کار، میتوان فرمهای دلخواهی را در زمان هرس بر روی این درختچهها ایجاد کرد.
طراحی ساختار مکانیکی ربات با در نظر گرفتن این-که ربات باید توانایی جابجایی در کنار درختچه ها را داشته و جهت حفظ کیفیت و دقت هرس، ابزار برشدهنده ربات باید همواره در زمان هرس، موازی با سطح افق حرکت نماید، انجام گرفته است. در طرح نهایی ربات هرس درختچه های زینتی از یک سیستم ترازکننده خودکار جهت تراز کردن ابزار برش دهنده استفاده شده است.
مکانیزهکردن فرآیند هرس به قبل از سال 1960 میلادی برمیگردد، زمانی که در ایالت کالیفرنیا از یک سیستم مکانیکی، جهت هرس بخش بالایی و تاج درختان لیموترش استفاده گردید. ماشین هرس تاج درختان لیموترش توسط جوتراس و کرچمن در سال 1962 میلادی ابداع گردید - . - 1 شرکت نورترن موتور در سال 1978 میلادی مدل دیگری از ماشینهای هرس تاج درختان مرکبات را معرفی نمود. این ماشین از بسیاری جهات شبیه ماشین ساخته شده توسط جوتراس و همکاران بود و علاوه بر هرس افقی تاج درختان، توانایی هرس عمودی سطوح جانبی درختان را نیز داشت . - 2 -
واناکی و همکاران در سال 1990 میلادی ماشین هرس زمستانه درخت انگور را ابداع کردند. این ماشین هرس از نوع تراکتور سوار بوده و از یک شاسی عمودی، موتور هیدرولیکی، مکانیزم ایمنی، سیستم انتقال توان تسمه و پولی و سیستم برشدهنده تشکیل یافته بود. این محققین سرعت حرکت ماشین در زمان هرس را 1/8-2 کیلومتر بر ساعت و بازده برش آن را 99 درصد گزارش کردند . - 3 - مساح و همکاران در سال 2004 میلادی ربات هرس-کننده شاخه درختان مجهز به سیستم کنترل نیرو را ابداع کردند. این ربات از یک بازوی مکانیکی با سه درجه آزادی و عملگر نهایی برش تشکیل یافته بود.
ربات مذکور میتوانست عمل هرس خودکار شاخههای درختانی با ارتفاع 200 سانتی متر و قطر 150 سانتی متر را انجام دهد . - 4 - شرکت ویژن رباتیک - Vision Robotic Corporation - ربات هرس درخت انگور را در سال2010 میلادی معرفی کرد. این ربات بر اساس قوانین هرس درختان، قابلیت برنامهریزی داشت و علاوه بر افزایش کیفیت هرس، سبب کاهش هزینههای کارگری هرس گردید . - 5 -
بالکانوسکی در سال 2016 میلادی ربات مجهز به شاسی با سیستم ترازکننده خودکار را ابداع کرد. این ربات دارای چهار چرخ محرک بود و شاسی این ربات میتوانست علاوه بر تراز شدن خودکار از موانع نیز عبور نماید . - 6 - چن و همکاران در سال 2018 میلادی ربات کنترل علفهای هرز مزرعه را که مجهز به سیستم خودکار ترازکننده بود ابداع و مورد ارزیابی قرار دادند. این محققین با ارزیابی این ربات در مزرعه گزارش کردند که سیستم ترازکننده توانایی پشتیبانی و فعالیت تا انحرافی در حدود 18 میلیمتر برای عملگر نهایی ربات را دارا میباشد . - 7 -
مواد و روشها
یکی از اهداف و وظایف مهم ربات، انجام هرس با کیفیت و دقت بالا بوده، بنحوی که یک زیبایی و جلوهی خاصی به درختان و درختچههای زینتی ببخشد. همانگونه که مشخص است، ابزار برشدهنده ربات باید همواره در زمان هرس موازی با سطح افق حرکت کرده و این موضوع زمانی حاصل خواهد شد که ابزار برش دهنده و هرس کننده ربات در حالت تراز قرار داشته باشد.
با توجه به وجود احتمالی ناهمواری و شیب در فضاهای سبز و پارکها، نیاز به یک سیستم ترازکننده ربات احساس گردید. سیستم ترازکننده ربات بهعنوان رابط بین حامل و بازوی مکانیکی ربات بوده و ترکیبی از واحدهای مکانیکی و کنترل میباشد. این مکانیزم میتواند قبل از شروع هرس ربات بصورت لحظهای فعال شده و بازوی مکانیکی و در نهایت ابزار برشدهنده ربات را در وضعیت تراز و موازی با سطح افق قرار دهد. در ادامه به تشریح ساختمان و کارکرد هر یک از واحدهای سیستم ترازکننده پرداخته شده است.
الف. واحد مکانیکی
این واحد از دو عدد قاب تشکیل شده است و این قابها دارای توانایی چرخش حول دو محور x و y در محدوده زوایای -5 تا 5 درجه - محدوده شیب منفی10 درصد تا شیب مثبت 10 درصد - میباشند. در واقع این میزان چرخش و آزادی قابها، به سیستم ترازکننده ربات توانایی ترازکردن بازو را در محدوده شیب -10 تا 10 درصد خواهد داد. در شکل 1 نقشه انفجاری و در شکل 2 چگونگی قرارگیری اجزای واحد مکانیکی در بخش زیرین حامل ربات نشان داده شده است. در ادامه به تشریح اجزای تشکیل دهنده واحد مکانیکی مکانیزم ترازکننده پرداخته شده است.
