طراحي، ساخت و ارزيابي يك روبات متحرك براي انجام عمليات سمپاشي در گلخانه

Design, Fabrication and Evaluation of a Mobile Robot for Spraying in Greenhouses

وجود عمليات سخت و طولاني در بخش كشاورزي و اهميت انجام صحيح هر يك از اين عمليات كه مستقيماً بر كيفيت و كميت محصولات اين بخش اثرگذار است، لزوم استفاده از تجهيزات مكانيزه و خودكار را امري بديهي مي نمايد. هدف اصلي از اين تحقيق، خودكار كردن عمليات سمپاشي گلخانه ها به كمك يك وسيله نقليه خودكار بوده كه براي تحقق اين هدف يك روبات متحرك ساخته شد و مورد ارزيابي قرار گرفت. دستگاه ساخته شده يك روبات متحرك با دو چرخ محرك در قسمت عقب و يك چرخ هرزگرد در قسمت جلو و با فرمانگيري ديفرانسيلي است. از تابع كنترلي تناسبي (P) براي كنترل و هدايت روبات استفاده شده است. آزمون هاي عملي در يك گلخانه در داخل راهروهايي با عرض 98/0 متر به منظور ارزيابي عملكرد روبات در پيمودن يك مسير U شكل روي سطح سيماني و همچنين ارزيابي عملكرد واحد سمپاشي آن انجام شد. براي تعيين ميزان انحراف روبات از مسير واقعي در آزمون هاي گلخانه اي از شاخص آماري RMSE استفاده شد. بر اساس نتايج ارزيابي عملكرد روبات در گلخانه، با افزايش سرعت پيشروي روبات، مقدار ميانگين RMSE انحراف جانبي روبات نيز افزايش يافت. حداقل مقدار ميانگين RMSE در سرعت 15/0 متر بر ثانيه، 93/4 سانتي متر و بيشترين مقدار آن در سرعت 35/0 متر بر ثانيه، برابر 51/6 سانتي متر بود. با افزايش سرعت پيشروي روبات، شعاع دور زدن، ميزان پراكندگي مسيرهاي دور زدن در تكرارهاي مختلف از يكديگر و فضاي مورد نياز براي دور زدن روبات در انتهاي راهرو افزايش يافت. از آزمون ارزيابي عملكرد واحد سمپاشي روبات نيز ميانگين دقت واحد سمپاشي در "سمپاشي" 47/99 درصد و در "عدم سمپاشي" 92/99 درصد و در كل 69/99 درصد به دست آمد.

In recent years, researchers have tried to develop robots for agricultural applications. Robots make it possible to reduce human exposure to pesticide application risk. The aim of this research was to develop an automated method of spraying of plants in greenhouses. A three- wheel differential steering vehicle was designed and constructed to act as the greenhouse sprayer. Power was transmitted from two DC motors to two drive wheels through a gearbox and shaft system. A proportional controller was developed and tested to control the left and right motors, which navigated the aisles using information provided by ultrasonic sensors. After design and fabrication, the robot was tested on concrete surfaces at 0.15, 0.25 and 0.35 m/s inside a greenhouse along a U-shaped path 0.98 m in width. Spraying, safety and obstacle detection units of the vehicle were evaluated. The tests results showed that the average RMSE of the vehicle position was between 4.93 and 6.51 cm at different speeds. Increasing the speed increased the RMSE of the vehicle position. The performances of the safety and central station units of the vehicle were acceptable. The accuracy of the spray function was 99.47% and the no-spray function was 99.92%, which are acceptable for greenhouse applications.