بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله، طراحی و ساخت یک ربات سمپاش برای سمپاشی خودکار محصولات گلخانه ای را بی ان می کند. ربات، به منظور جلوگیری از خطرات ناشی از مسمومیت کارگران شاغل در عملیات سمپاشی دستی در فضای محدود گلخانه گرم و مرطوب طراحی و ساخته شده است.
برای هدایت ربات در بین ردیف های محصول از حسگرهای فرو سرخ برای دنبال کردن خط ترسیم شده بر روی زمین، به عنوان روشی جهت راهبری ربات های مستقل، استفاده شده است. یک حسگر فراصوتی برای تشخیص شروع هر ردیف، به منظور سمپاشی خودکار، در هر طرف ربات بکارگیری شد. توان، توسط دو موتور DC و از طریق جعبه دنده به چرخ های محرک و فرمانگیر منتقل شد.
آزمون عملکرد این ربات در یک گلخانه تحقیقاتی با محصول خیار انجام پذیرفت. میانگین انحراف از خط مرکزی، در هنگام حرکت در مسیر مستقیم، در طی مسافتی به طول چهار متر، 1/5 سانتی متر اندازه گیری شد. هر آزمون شامل سه حرکت رفت و برگشت ربات در بین ردیف محصول و سمپاشی با آب بود. آزمون ربات در سه سطح سرعت 7، 14 و m/min 21 انجام شد. کارتهای حساس به آب در سه نقطه از گیاه نصب شده بود. نتایج آزمون نشان داد که سرعت مطلوب و ضریب کیفیت پاشش برای ربات به ترتیب m/min 14 و 2/56 بود.
.1 مقدمه
کشاورزی و فن آوری در طول تاریخ رابطه نزدیک و تنگاتنگی داشته اند - . - 22 امروزه استفاده از فن آوری هایی مانند اتوماسیون، رباتیک و محاسبات، کشاورزی را تغییر داده است . - 23 - توسعه فن آوری هایی مانند سیستم های موقعی ت یابی جهانی - GPS - ، حسگرهای رطوبت و حاصلخیزی خاک، سنجش از راه دور و سیستم های اطلاعات جغرافیایی - GIS - ، منجر به ظهور مفهوم دقیق کشاورزی - PA - شده و نوید سازگاری مدیریت کشاورزی و تغییرات محصول را می دهد
بهبود تولید، مراقبت از محیط زیست و کشاورزی مبتنی بر فناوری گلخانه ای که شامل کنترل محیط برای ارائه محصولات بهینه است، دو نمونه از کشاورزی دقیق بوده که به تنوع زیستی و زمانی محصولات می پردازد . - 23 - مطالعات اخیر نشان می دهد هدف از کشت های گلخانه ای، اندازه گیری و بهبود متغیرهای محیطی برای کنترل شرایط محصولات به منظور افزایش تولید و بهبود کیفیت می باشد
به منظور دستیابی به این هدف، تحولات متعدد علوم مختلف در گلخانه ها مانند کنترل آب و هوا - حسگرهای دما و رطوبت همراه با سیستم های گرمایش و تهویه - ، آماده سازی خاک - افزودن ساده شن و خاک به هیدروپونیک - و روش های دیگر - به عنوان مثال، آبیاری و تامین مواد مغذی، غنی سازی دی اکسید کربن و گرده افشانی با زنبورها - بکارگیری شده اند . - 1 - عملیات کشاورزی به دلیل کمبود نیروی کار و افزایش هزینه های آن، به سرعت به طرف استفاده از فناوری های جدید و پیشرفته سوق می یابد .بیش از 30 از کل هزینه های تولید برای دستمزد کارکنان صرف می شود. بهبود کارایی نیروی انسانی یا کاهش میزان نیروی انسانی، امروزه یک مسئله کلیدی به شمار می رود . - 22 - شکل1 یک گلخانه خیار را نشان می دهد.
شکل:1 گلخانه خیار
فضای مناسب ایجاد شده در داخل گلخانه ها برای رشد و نمو گیاه، باعث رشد و تکثیر آفات و ارگانیسم ها ی نامطلوب می شود. همین موضوع، استفاده از آفت کش ها و سایر محصولات شیمیایی را ضروری می نماید. راه حل های امروز ی بستگی به فواصل زمانی توزیع مواد شیمیایی داشته و این امر منجر به سمی شده فضای گلخانه ها می گردد. مطالعات اخیر تایید می کند که عملیات پاشش، اثرات خطرناکی بر سلامت کارگرانی دارد که به ویژه در هنگام کار در داخل گلخانه ها تحت شرایط دمای بالا و تهویه ضعیف قرار می گیرند
بهترین زمان برای سمپاشی گیاهان در یک گلخانه، ابتدای غروب آفتاب است. زیرا برخی از مواد شیمیایی مورد استفاده در گیاهان به طور واضح به نور ماوراء بنفش و گرمای شدید واکنش نشان می دهند. به کمک یک سیستم سمپاشی خودکار می توان عملیات سمپاشی را در ابتدای شب و خارج از ساعات کاری انجام داد و اطمینان حاصل نمود که کمترین آسیب به گیاهان وارد می شود
از ربات های متحرک برای اتوماسیون گلخانه ای هنوز به طور تجاری استفاده نشده است، اما تحقیقات در مورد جنبه های مختلف استفاده از روبات ها در گلخانه انجام می شود . - 2 - کاربرد اصلی ربات ها به عنوان جایگزینی برای کار دستی انسان توسط ربات ها یا سیستم های مکانیکی است و به این ترتیب تولید و ارائه خدمات، کارآمد تر، دقیق تر، یکنواخت و ارزان تر می شود
تحقیقات پیرامون گلخانه ها، انجام خودکار عملیات سنگین کشاورزی نظیر کاشت و برداشت را پیشنهاد می دهد. این پیشنهادات شامل بکارگیری ربات های مختلف - نظیر ربات های ریلی و زمینی - ، حسگرها - نظیر انواع دوربین ها و اسکنرهای لیزری - و عملگرها می باشد 5 - ؛. - 11 یک ربات متحرک مستقل برای جمع آوری اطلاعات و نقشه برداری از گلخانه ها مورد استفاده قرار گرفت
سایمون ربات سمپاش مستقل با کنترل ناوبری مبتنی بر حسگرهای القایی را توصیف کرد که لوله های فلزی درون خاک را تشخیص می داد . - 18 - سوبرامانیان و ساینگ مینی رباتی را برای سمپاشی توصیف نمودند که هدایت و ناوبری آن توسط الگوریتم های مبتنی بر منطق فازی کنترل می شد 21 - و . - 20 در گلخانه ها از حسگرهای مجاورتی برای تشخیص و اندازه گیری فاصله با مواد فلزی و غیر فلزی و همچنین گیاهان استفاده شده است. در نتیجه، می توان از حسگرهای خازنی، فرصوتی و نوری استفاده کرد. این حسگرها تحت شرایط مختلف دما، رطوبت عملکرد مطلوبی دارند
این مقاله طراحی و توسعه یک ربات مستقل را ارائه می دهد که می تواند با استفاده از حسگرهای فرو سرخ و فراصوتی به صورت خودکار حرکت و سمپاشی نماید. ربات ساخته شده باعث می شود که عملیات سمپاشی داخل گلخانه به صورت اتوماسیون انجام پذیرد و از خطرات بهداشتی افرادی که در گلخانه کار می کنند، کاسته می شود.
.2 مواد و روش ها
ربات سمپاش گلخانه شامل سه بخش اصلی می باشد: واحد کنترل، واحد توان و واحد سمپاش - شکل. - 2a تمام اجزای اصلی ربات شامل منبع توان، موتورهای DC ، سخت افزار الکترونیکی برای دستیابی به اطلاعات و کنترل و همچنین واحد سمپاش بر روی شاسی - پلت فرم - نصب می شود. واحد سمپاش از یک مخزن بزرگ برای نگهداری محلول سم، دو عدد بوم عمودی با چند نازل، یک پمپ گریز از مرکز و سه عدد سوپاپ هیدرولیکی برقی برای هدایت محلول سم به بخش های گیاه در هر دو طرف ربات تشکیل شده است.
شکل:2 بخش های اصلی ربات - a - ، ربات ساخته شده - b -
سوپاپ ها به صورت الکترونیکی توسط پردازنده، از طریق دریافت سیگنال های ارسالی توسط حسگرهای سمت چپ و راست ربات، کنترل می شوند
شکل :3 طرح واره مدار هیدرولیک سمپاش - a - ، طرح واره مدار الکتریکی سولنوییدها - b -
