بخشی از مقاله
چکیده
وجود عملیات هاي سخت و طولانی در بخش کشاورزي و اهمیت انجام صحیح هر یک از این عملیات ها که مستقیمًا بر روي کیفیت و کمیت محصولات این بخش اثرگذار است، لزوم استفاده از تجهیزات مکانیزه و خودکار را امري بدیهی می نماید. هدف اصلی از این تحقیق خودکار کردن عملیات سمپاشی گلخانه ها به کمک یک وسیله نقلیه خودکار بود که براي تحقق این هدف یک روبات متحرك ساخته شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. روبات ساخته شده یک روبات متحرك با دو چرخ محرك در قسمت عقب و یک چرخ هرزگرد در قسمت جلو و با فرمانگیري دیفرانسیلی است. از تابع کنترلی تناسبی - - P براي کنترل و هدایت روبات استفاده شد.
آزمون هاي عملی در یک گلخانه در داخل راهروهایی با عرض 98 سانتی متر به منظور ارزیابی عملکرد روبات در پیمودن یک مسیر U شکل بر روي سطح سیمانی و همچنین ارزیابی عملکرد واحد سمپاشی آن انجام شد. براي تعیین میزان انحراف روبات از مسیر واقعی در آزمون هاي گلخانه اي از شاخص آماري RMSE استفاده شد. بر اساس نتایج ارزیابی عملکرد روبات در گلخانه، با افزایش سرعت پیشروي روبات مقدار میانگین RMSE انحراف جانبی روبات نیز افزایش یافت.
حداقل مقدار میانگین RMSE در سرعت 15 سانتی متر بر ثانیه برابر 4/93 سانتی متر و بیشترین مقدار آن در سرعت 35 سانتی متر بر ثانیه برابر 6/51 سانتی متر بود. با افزایش سرعت پیشروي روبات، شعاع دور زدن، میزان پراکندگی مسیرهاي دور زدن در تکرارهاي مختلف از یکدیگر و فضاي مورد نیاز براي دور زدن روبات در انتهاي راهرو افزایش یافت. عملکرد واحد هاي ایمنی و ایستگاه مرکزي روبات نیز مطلوب و قابل قبول بود. از آزمون ارزیابی عملکرد واحد سمپاشی روبات نیز میانگین دقت واحد سمپاشی در "سمپاشی" 99/47 درصد و در "عدم سمپاشی" 99/92 درصد و در کل 99/69 درصد به دست آمد.
-1 مقدمه و هدف
اصولاً هدف از تحقیقات در زمینه روباتیک طراحی و ساخت ماشین هاي خودکاري است که قادرند در کاربردهاي خاص یا عمومی، کارهاي تکراري و یا خطرناك را در زمانی کمتر و با دقت و ضریب اطمینان بالاتري نسبت به انسان انجام دهند. این نوع تحقیقات در تمام شاخه هاي علمی چندین دهه است که در دنیا در حال انجام است و تا کنون نیز دانشمندان به موفقیت هاي فراوانی در ساخت روبات ها دست یافته اند. تعداد تحقیقات انجام شده و در حال انجام جهت ساخت روبات هایی براي استفاده در بخش صنعت بیشتر از بخش کشاورزي بوده است. در کشور ما نیز با وجود تحقیقات بسیار در زمینه ساخت روبات هاي صنعتی، تحقیقات بسیار اندکی در زمینه طراحی و ساخت روبات هایی براي کاربرد در بخش کشاورزي انجام شده است.
دلیل این امر نیز فراوانی و ارزانی نیروي کار در ایران است که حتی گاهی اوقات مانع بکارگیري ماشین هاي مرسوم کشاورزي در این بخش نیز شده است. اما با روند شدید کاهش نیروي کار در بخش کشاورزي ایران از یکسو و افزایش جمعیت کشور از سوي دیگر لزوم بکارگیري تجهیزات مکانیکی خودکار در بخش کشاورزي ایران بر کسی پوشیده نیست. یقًینا در آینده اي نزدیک با پیوستن ایران به سازمان تجارت جهانی، استفاده از ماشین ها و تجهیزات مکانیکی غیرخودکار به دلیل عدم علاقه نسل جدید به کارهاي کشاورزي و نیز لزوم تولید محصولاتی با کیفیت بالاتر به تنهایی کارساز نیست و ما مجبور خواهیم بود همچون کشورهاي پیشرفته دنیا به فکر بکارگیري اتوماسیون و روبات ها در بخش کشاورزي خود باشیم.
محققان زیادي در نوشته هاي خود کاربرد وسایل نقلیه خودکار در بخش کشاورزي را گزارش کرده اند. در اینجا اشاره اي به بعضی از کارهاي انجام شده در این زمینه می گردد. شین و کیم - Shin and Kim, 2001 - سیستم هدایت خودکار براي یک سمپاش کوچک باغی را با بکارگیري اهداف لوله استیل ضدزنگ جهت انعکاس امواج فراصوتی به سمت حسگرهاي فراصوتی توسعه دادند. میسائو - - Misao, 2001 ماشین بینایی را براي سیستم فرمانگیري خودکار با استفاده از تخته هاي هدف قرمز رنگ، جهت هدایت یک سمپاش برقی بکار گرفت.
یک دوربین ویدئویی جهت گرفتن تصویر از مسیر حرکت شامل اهداف قرمز رنگ استفاده شد. الگوریتم هاي پردازش تصویر فاصله از موقعیت کنونی وسیله نقلیه تا هدف را تعیین می کردند و سپس موقعیت واقعی تا مسیر تعریف شده وسیله نقلیه مقایسه شد و از طریق یک سیستم کنترل فرمانگیري خودکار اصلاح شد. استومباغ و شیئرر - Stombaugh and Shearer, 2001 - یک سیستم هدایت خودکار بر مبناي DGPS را براي کنترل فرمانگیري خودکار یک وسیله نقلیه پرسرعت پاشنده مواد شیمیایی توسعه دادند.
گیرنده DGPS بازخورد موقعیت را فراهم می کرد، در حالیکه یک سوپاپ کنترل مستقیم سولونوئیدي عمل فرمانگیري را انجام می داد. دانیل و پارسونز - Daniel and Parsons, 2003 - بر روي یک سیستم کنترل دبی خروجی با استفاده از شیر کنترل PWM بر روي سمپاش هاي بوم دار کار کردند که براساس سرعت واقعی چرخ سمپاش، خروجی سم را تنظیم و کنترل می کرد. شریعتی - - 1383 نمونه بازوي مکانیکی روبات جهت تشخیص میوه در یک مسیر خاص را طراحی نموده و ساخت.
مساح - - 1383 در تحقیق خود دستکار1 و کارگیر2 ماشین هرس روباتیک مجهز به سیستم کنترل نیرو را براي هرس درختچه هاي پارك ها، طراحی نموده و ساخت. آق خانی و عباسپور فرد - - Abbaspour-Fard, 2009 سیستم هدایت خودکار تراکتورهاي کشاورزي با استفاده از یک کابل مرئی را ساختند. در سیستم ایشان ابتدا یک کابل فولادي حاوي جریان الکتریکی ضعیف بر روي مسیر حرکت مطلوب و بر روي سطح خاك قرار داده می شد. سیستم هدایت خودکار طراحی شده درحین حرکت رو به جلوي تراکتور، میزان انحراف خط مرکزي تراکتور از کابل فولادي را توسط یک چرخ پنجم با دیسک هاي فولادي حاوي جریان الکتریکی حس نموده و انحراف تراکتور از راستاي حرکت را بصورت خودکار اصلاح می نمود.
هدف از این تحقیق انجام عملیات سمپاشی گلخانه ها به صورت کاملاً خودکار می باشد که براي تحقق این هدف یک سیستم هدایت خودکار طراحی شد و بر روي یک وسیله نقلیه کوچک - روبات متحرك - به منظور هدایت و کنترل خودکار آن در یک مسیر از پیش تعیین شده در داخل گلخانه پیاده سازي گردید. در این مقاله ابتدا واحدهاي مختلف تعبیه شده در روبات و اجزاء سخت افزاري و نرم افزاري آن توضیح داده می شوند و در ادامه نتایج آزمایشات انجام شده براي ارزیابی عملکرد سامانه هدایت خودکار روبات و واحد سمپاشی آن بیان می گردد.
-2 مواد و روش ها
1- 2 اجزاء روبات
روبات ساخته شده در این تحقیق یک روبات متحرك با دو چرخ محرك در قسمت عقب روبات و یک چرخ هرزگرد در قسمت جلوي آن است. این روبات داراي دو موتور محرك الکتریکی جریان مستقیم 24 - ولت و 500 وات - مشابه است که در دو سمت چپ و راست آن نصب شده اند و روبات براي رانش و فرمانگیري از آنها استفاده می کند. نوع فرمانگیري روبات دیفرانسیلی3 است که براي حرکت مستقیم هر دو موتور با سرعت یکسان می چرخند و براي گردش به یک سمت، با توجه به سرعت دورانی پیش فرض روبات، سرعت دورانی موتور سمت مخالف آن اندکی افزایش یافته و سرعت دورانی موتور سمت موافق به همان میزان کاهش می یابد. شکل - 1الف - نماي سه بعدي رایانه اي و شکل - 1ب - تصویر واقعی روبات ساخته شده را نشان می دهند.
