Обоснование и разработка роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Рузин Семен Сергеевич

• Рузин Семен Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Рузин Семен Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ И РОБОТИЗИРОВАННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ ДОЕНИЯ

1.1 Анализ существующих конструкций промышленных манипуляторов

1.2 Анализ существующих конструкций роботизированных манипуляторов доения

1.3 Анализ зоны обслуживания роботизированного манипулятора доения

1.4 Анализ циклограмм подключения доильных стаканов роботизированными манипуляторами доения

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ РОБОТИЗИРОВАННОГО МАНИПУЛЯТОРА ДОЕНИЯ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДОИЛЬНЫМИ СТАКАНАМИ

2.1 Исследование циклограмм работы роботизированных манипуляторов доения

2.2 Разработка схем и циклограммы дифференцированного управления доильными стаканами в роботизированном манипуляторе доения

2.3 Математическая модель кинематики роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

2.4 Математическая модель динамики роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

2.5 Расчет геометрических параметров роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

2.6 Расчет приводов роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

2.7 Проектирование рабочего органа роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОБОТИЗИРОВАННОГО МАНИПУЛЯТОРА ДОЕНИЯ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДОИЛЬНЫМИ СТАКАНАМИ

3.1 Проверка решений задач кинематики роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

3.2 Программа и методика лабораторного исследования ошибки позиционирования двухзвенного основания роботизированного манипулятора доения

3.3 Программа и методика лабораторного исследования полного цикла работы роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

3.4 Программа и методика натурного эксперимента рабочего органа роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОБОТИЗИРОВАННОГО МАНИПУЛЯТОРА ДОЕНИЯ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДОИЛЬНЫМИ СТАКАНАМИ

4.1 Результаты компьютерного моделирования по заданным_ краевым условиям двухзвенного основания роботизированного манипулятора доения

4.2 Результаты лабораторного исследования ошибки позиционирования двухзвенного основания роботизированного манипулятора доения

4.3 Результаты лабораторного исследования полного цикла работы роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

4.4 Результаты натурного эксперимента рабочего органа роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННОГО МАНИПУЛЯТОРА ДОЕНИЯ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДОИЛЬНЫМИ СТАКАНАМИ

5.1 Исходные данные к расчету экономического эффекта от применения роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

5.2 Расчет годового экономического эффекта и срока окупаемости от применения роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Патент на полезную модель

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт внедрения

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результаты моделирования кинематики

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Акт натурных испытаний

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и разработка роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами»

ВВЕДЕНИЕ

Продовольственная безопасность страны - один из ключевых факторов ее суверенитета. Для ее обеспечения была утверждена Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации, в которой указан уровень самообеспечения по производству молока и молокопродуктов (в пересчете на молоко), который должен составлять не менее 90 процентов [1]. За 2023 год данный показатель составил 84 процента по расчетам Евразийского банка развития (ЕАБР) [2].

Наблюдается тенденция к сокращению численности поголовья молочного скота. По данным Росстата с 1990 года по 2023 год поголовье коров снизилось с 20,5 млн. до 7,7 млн. голов [3], [4]. Снижение поголовье стараются компенсировать молочной продуктивностью животных, которая возросла в 1,6 раза за этот период, в 1990 году средний удой на голову в год составил 2717,82 кг, а в 2023 году - 4350,65 кг [5], [6].

Большинство молочно-товарных ферм обладают низким уровнем автоматизации и роботизации производства молока, что не соответствует стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Необходимо повышение технологичности и переход производства в следующий технологический уклад [7], [8].

В области селекции и генетики идет формирование поголовья высокопродуктивных животных. Повышению продуктивности также способствуют: улучшение рациона кормления животных, включающее кормовые добавки и новые виды комбикормов, мониторинг здоровья животных, например, при помощи датчиков болюсов, позволяющий своевременно выявлять заболевания желудочно-кишечного тракта, определять изменение двигательной активности с целью своевременного осеменения для воспроизведения стада и другое [9]—[11].

Развитие автоматизации и роботизации процессов доения также стало причиной повышения продуктивности животных за счет управляемого режима почетвертного доения животных и более качественной преддоильной подготовкой животных [12]—[14].

Преимуществом почетвертного доения в доильных роботах является также возможность полного контроля и интенсификации молоковыведения за счет лучшего управления вакуумом [15]—[18].

Системы автоматического доения, представленные в виде боксовых доильных роботов и роторных установок, являются зарубежными разработками. Разработки доильных роботов велись с 80-х годов прошлого столетия нидерландскими компаниями «Lely», «Vicon», «Prolion». Первый рабочий прототип однобоксового доильного робота «Lely» появился в Нидерландах в 1992 году, примерно в это же время появилась многобоксовая система «AMS Liberty» от компании «Prolion», с этих пор началась революция в области техники для молочного животноводства. В 1995 году компания «Lely» установила свои первые доильные роботы «Astronaut» в хозяйствах Бельгии, Франции и Голландии. К 1997 году уже более 100 роботов работали по всему миру, и произошла модернизации модели - вышел «Astronaut A2». Конкуренцию Нидерландским компаниям в 1998 году составила шведская компания «Alfa Laval Agri» («DeLaval») выпустив доильного робота «VMS» (voluntary milking system). К 2002 году предлагалось уже 11 однобоксовых и многобоксовых систем, большинство из которых выпускалось по лицензиям «Lely» и «Prolion». На выставке «EuroTier-2008» были представлены доильные роботы «Lely», «DeLaval», «Boumatic», «FullWood», «Insentec», «S.A. Christensen» и «GEA Westfalia Surge» [19].

Лидерами мирового рынка автоматических доильных систем являются «Lely» и «DeLaval». Большинство зарубежных хозяйств молочного направления КРС оснащены автоматическими доильными системами. На 2020 год в мире продано более 40 тыс. доильных роботов «Lely», более 15 тыс. роботов «DeLaval» и более 4,5 тысяч роботов других производителей. В России к 2021 году были установлены и эксплуатируются немногим более 600 доильных роботов.

Доильные роботы российского производства не представлены на рынке доильного оборудования. Но в данный момент ведутся активные разработки в этой области, также с целью обеспечения продовольственной безопасности страны [20]-[28].

Внедрение автоматических доильных систем и цифровизация технологических процессов на ферме создают ряд преимуществ. В первую очередь, это снижение количества рутинной работы. Системы сами формируют отчеты по животным (надои, качество молока, масса, активность и другие параметры), анализируют их и дают рекомендации. Также система благоприятно влияет на валовый удой и фертильность коров [14], [29]-[32].

Технически автоматические доильные системы развиваются по мере прогрессирования технологий и оборудования, применяемых в них. Например, доильные роботы «GEA Farm R9500» вместо лазерной триангуляции стали применять времяпролетные датчики для идентификации сосков животного, а доильные роботы «Lely» начали применять гибридный привод манипулятора. Это несомненно повышает скорость работы доильной системы в целом, так как повышается скорость обслуживания животных в боксах, но система манипуляции доильными стаканами осталась прежней. У «Lely» и «GEA Farm» и компаний, работающих по их лицензиям, доильные стаканы закреплены статично в выходной точке манипулятора, как на кронштейне, робот манипулирует этим кронштейном в области вымени, поочередно подключая доильные стаканы. Роботы «VMS» от «DeLaval» оснащены 4х-осным манипулятором, который подключает доильные стаканы к каждому соску вымени по отдельности подводя их от базы, что занимает достаточно долгое время [33].

В существующих доильных роботах отмечаются недостатки, связанные с несоблюдением зоотехнических норм подключения доильного аппарата к соскам из-за долгих манипуляций в рабочей зоне после начала очистки сосков или подключения первого доильного стакана. Так, время подключения занимает от 82,8 до 142,2 секунд, при зоотехнических нормах не более 60 секунд после начала стимуляции рефлекса молокоотдачи [34].

При снижении времени манипуляций в области вымени, и соответственно снижении времени на подключение доильных стаканов до соответствующих нормативов, повысится производительность автоматической доильной установки, что приведет к повышению физиологичности и технологичности.

Таким образом остро стоит вопрос о разработке отечественного доильного робота с манипулятором, позволяющим сократить время подключения доильных стаканов к соскам вымени коровы, с учетом снижения его стоимости относительно зарубежных аналогов. Создание такого манипулятора позволит повысить технологичность и производительность автоматических доильных установок, физиологичность доения, а также увеличить обслуживаемое поголовье и повысить рентабельность самой установки за счет увеличения валового надоя молока.

Степень разработанности темы

Механизацией и автоматизацией технологического процесса доения, в том числе манипуляторными системами, в разное время занимались Аксельссон Т., Бабкин В.П., Бирк У., Борозенцев В.И., Вагин Б.И., Ван Ден Берг К., Винников И.К., Даннекер Г., Дриго В.А., Зеленцов А.И., Зур О., Кирсанов В.В., Кормановский Л.П., Кроне О., Мадер Т., Макаров Э.Р., Нильссон М., Пурецкий В.М., Соловьев В.Р., Соловьев Р.В., Соловьёв С.А., Ужик В.Ф., Цой Ю.А., Шнайдер Э., Шульце Вартенхорст Б., Эрикссон Я. и другие.

Представленные ученые внесли значительный вклад в изучение вопроса механизации и автоматизации процесса доения, многие из них стоят у истоков роботизации животноводческих комплексов и создании первых манипуляторов доильных роботов.

Цель исследований - Обоснование и разработка роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами для повышения производительности роботизированной доильной установки и физиологичности доения.

Задачи исследования:

1. Провести анализ существующих конструкций манипуляторов промышленных и доильных роботов;

2. Исследовать циклограммы работы существующих роботизированных манипуляторов доения и разработать усовершенствованную;

3. Разработать математическую модель кинематики роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами;

4. Разработать математическую модель динамики роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами;

5. Провести лабораторные и натурные экспериментальные исследования разработанного роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами;

6. Провести технико-экономическую оценку разработанного роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами.

Объект исследования - процесс взаимодействия манипулятора доения с выменем животного.

Предмет исследования - кинематические и временные закономерности взаимодействия рабочего органа манипулятора с сосками вымени коровы.

Научную новизну работы составили:

1. Математические модели кинематики и динамики манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами.

2. Усовершенствованная циклограмма и алгоритм управления новым рабочим органом роботизированного манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработанных математических моделях кинематики и динамики манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами, в обосновании циклограммы работы, а также линейных и угловых параметров звеньев и приводов манипулятора.

Практическая ценность исследования заключается в разработанном роботизированном манипуляторе доения, включающим рабочий орган с дифференцированным управлением доильными стаканами, обеспечивающий их ускоренное одновременное подключение к соскам вымени коровы. Новизна подтверждается патентом на полезную модель №2 221935 опубл. 30.11.2023 Бюл. №2 34 и свидетельством ЭВМ № 2023681368 от 12.10.2023, Актом натурных

испытаний по апробации в производственных условиях молочной фермы ГКФХ Сирота Олег Александрович.

Теоретическая и методологическая основа исследования:

Исследования проводились с использованием теории планирования эксперимента, математической обработки данных и компьютерного моделирования (Kompas-3D, MatLab, MathCAD, MS Excel, MS Word и др.). В работе использована современная измерительная аппаратура, вычислительная техника и стендовое оборудование для исследования: стенд искусственное вымя, стенд однобоксового доильного робота, контроллер управления доильным роботом, система идентификации животных, секундомер, лазерный дальномер, штангенциркуль, линейка.

Положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованная циклограмма работы роботизированного манипулятора доения, позволяющая за счет одновременного и дифференцированного управления доильными стаканами сократить общее время их подключения к соскам вымени с 28 секунд до 19 секунд или на 31%.

2. Математическая модель кинематики манипулятора, позволяющая обосновать линейные и угловые параметры двухзвенного основания манипулятора и рабочего органа.

3. Математическая модель динамики манипулятора, позволяющая обеспечить дифференцированное независимое управление доильными стаканами и обосновать параметры их приводов.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Достоверность полученных в экспериментах результатов обусловлена использованием современных методов исследований, применением поверенного оборудования и современных поверенных или откалиброванных приборов. Статистический анализ и интерпретация полученных результатов проведены с использованием современных методов обработки информации. Результаты исследования были представлены в рецензируемых научных изданиях и международных конференциях. Разработанный роботизированный манипулятор

прошел лабораторные исследования в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Математические модели кинематики и динамики манипулятора внедрены в учебный процесс НИУ «МЭИ». Прототип рабочего органа прошел апробацию в производственных условиях молочной фермы ГКФХ Сирота Олег Александрович.

Основные положения научной работы и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практических конференциях и представлены в виде статей, патентов и книги:

1. Dorokhov A. Calculation of the Manipulator's Kinematic Model and Mounting Points of the Drive Equipment / A. Dorokhov,V. Kirsanov, D. Pavkin, D. Shilin, D. Shestov, S. Ruzin // Intelligent Computing and Optimization: Proceedings of the 2nd International Conference on Intelligent Computing and Optimization 2019 (ICO 2019). - Springer International Publishing, 2020. - С. 339-348. DOI: 10.1007/978-3-030-33585-4_34.

2. Ruzin S.S. Kinematic model of a cow milking manipulator with simultaneous positioning at four given points / S.S. Ruzin, D.V. Shilin, A.S. Dorokhov, D.Yu. Pavkin, E.L. Chepurina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2021. - Т. 1032. - №. 1. - С. 012052. DOI: 10.1088/1757-899X/1032/1/012052.

3. Кирсанов В.В. Концепция, модели и схемы дифференцированного управления в роботизированном манипуляторе доения / В.В. Кирсанов, Д.Ю. Павкин, Д.В. Шилин, С.С. Рузин, С.С. Юрочка // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2021. - Т. 22. - №. 1. - С. 128-135. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.

4. Shilin D.V. Mathematical model of the milking machine manipulator based on stepper motors / D.V. Shilin, D.A. Shestov, V.V. Kirsanov, D.Yu. Pavkin, S.S. Ruzin // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2021. - Т. 624. - №. 1. - С. 012093. DOI: 10.1088/1755-1315/624/1/012093.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023681368 Российская Федерация. Программа управления двигателями рабочего органа манипулятора доильного робота : № 2023669690 : заявл. 27.09.2023 : опубл. (зарег.) 12.10.2023 / Д. Ю. Павкин, С. С. Рузин, Д. В. Шилин ; заявитель

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) - 1 с.

6. Пат. на полезную модель 221935 Российская Федерация, МПК A01J 5/00, A01K 1/12. Рабочий орган с дифференцированным управлением доильными стаканами манипулятора доильного робота / Д. Ю. Павкин, С. С. Рузин, Д. В. Шилин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) - № 2023124083; заявл. 19.09.2023; опубл. 30.11.2023 Бюл. № 34.

7. Цой Ю. А. Разработка математической модели динамики манипулятора доения с дифференцированным управлением доильными стаканами / Ю.А. Цой, С.С. Рузин // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. - 2023. - Т. 70, №2 4(53). - С. 63-69. - DOI 10.22314/2658-4859-2023-70-4-63-69.

8. Цифровые технологии и роботы в молочном животноводстве. Под редакцией А.С. Дорохова. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2023. - 132 стр. ISBN 978-5-94836684-5.

Конференции:

1. «International Conference on World Technological Trends in Agribusines -WTTA 2020», Omsk City, Western Siberia, 04-05 июля 2020 года.

2. «International Scientific Conference of Communications, Information, Electronic and Energy Systems - CIEES 2020», Borovets, 26-29 ноября 2020 года.

Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (МК-2513.2022.4).

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, 5 приложений, выполнена на 140 листах машинописного текста, включает 46 рисунков, 18 таблиц, 85 наименований источников литературы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ И РОБОТИЗИРОВАННЫХ

МАНИПУЛЯТОРОВ ДОЕНИЯ 1.1 Анализ существующих конструкций промышленных манипуляторов

Промышленные роботы оснащаются различными манипуляторами. Как правило, тип манипулятора зависит от задачи, выполняемой роботом на производстве.

Чтобы определиться с ближайшим аналогом для достижения цели разработки манипулятора доения с дифференцированным подключением доильных стаканов необходимо рассмотреть основные типы существующих промышленных манипуляторов.

Основным отличительным фактором манипуляторов является система координат, в которой работает робот, а точнее его манипулятор.

Декартовый тип - манипулятор, функционирующий в прямоугольной системе координат. Является наиболее простым в управлении и точным. Рабочий орган в таком манипуляторе может линейно перемещаться вдоль трех осей под прямыми углами друг к другу. Подобный тип манипуляторов широко применяется в станках с числовым программным управлением (ЧПУ), 3D - принтерах, фасовке. Общий вид такого манипулятора представлен на рисунке 1.1 (а), а кинематическая схема на рисунке 1.1 (б).

Цилиндрический тип - манипулятор, работающий в цилиндрической системе координат. Для таких манипуляторов характерно наличие шарнира в основании и по меньшей мере одного призматического сустава, соединяющего его связи. Цилиндрические манипуляторы могут перемещаться вертикально и горизонтально.

Рабочий орган такого манипулятора может выдвигаться и втягиваться, а также перемещаться вверх и вниз вдоль стойки (оси). Рабочей зоной у него является вертикальный или горизонтальный цилиндр.

2

а)

б)

1 - основание манипулятора, 2 - первое звено манипулятора, 3 - второе звено манипулятора, 4 - схват манипулятора, 5 - зона достижимости манипулятора а) общий вид манипулятора; б) кинематическая схема

Рисунок 1.1 - Манипулятор Декартового типа

Такие роботы можно использовать при обслуживании большого количества технологических процессов. Общий вид такого манипулятора представлен на рисунке 1.2 (а), а кинематическая схема на рисунке 1.2 (б).

а)

б)

1 - основание манипулятора, 2 - первое звено манипулятора, 3 - второе звено манипулятора, 4 - схват манипулятора, 5 - зона достижимости манипулятора а) общий вид; б) кинематическая схема

Рисунок 1.2 - Манипулятор цилиндрического типа

1

Сферический тип - манипулятор, который работает в сферической (полярной) системе координат. Имеет две степени вращения в разных плоскостях, одна из них в основании, следующая сразу за ней в другой плоскости. Это одни из

первых роботов, которые использовались в промышленности. Обычно такие роботы используются для обслуживания машин при литье под давлением, для сварки и других задач. Общий вид такого манипулятора представлен на рисунке 1.3 (а), а кинематическая схема на рисунке 1.3 (б).

а)

б)

1 - основание манипулятора, 2 - первое звено манипулятора, 3 - второе звено манипулятора, 4 - схват манипулятора, 5 - зона достижимости манипулятора а) общий вид; б) кинематическая схема

Рисунок 1.3 - Манипулятор сферического типа

Ангулярный тип - имеет только вращательные кинематические пары. Рабочая зона манипулятора ангулярного типа выше, чем у других типов манипуляторов. Вместе с этим сложен в управлении. Общий вид манипулятора ангулярного типа представлен на рисунке 1.4 (а), а кинематическая схема на рисунке 1.4 (б).

а) б)

1 - основание манипулятора, 2 - первое звено манипулятора, 3 - второе звено манипулятора, 4 - третье звено манипулятора, 5 -схват манипулятора, 6 - зона достижимости манипулятора

а) общий вид; б) кинематическая схема

Рисунок 1.4 - Манипулятор ангулярного типа

SCARA - манипулятор, который в общем случае описывает цилиндрическую зону обслуживания. Особенностью является то, что все кинематические пары, кроме захвата, у этого манипулятора располагаются в горизонтальной плоскости. Является самым быстрым и высокоточным в плане повторяемости. Общий вид такого манипулятора представлен на рисунке 1.5 (а), а кинематическая схема на рисунке 1.5 (б).

а) б)

1 - основание манипулятора, 2 - первое звено манипулятора, 3 - второе звено манипулятора, 4 - схват манипулятора, 5 - зона достижимости манипулятора а) общий вид манипулятора; б) кинематическая схема

Рисунок 1.5 - Манипулятор типа SCARA

Анализ всех типов промышленных манипуляторов показал, что в конструкциях каждого из них используются, как правило, соответствующие вышеописанные системы координат [35]-[41].

В практике часто производят роботов-манипуляторов под какие-то конкретные задачи, но в результате разработанные роботы могут подходить под больший спектр задач, чем планировалось. Обычно частные решения строятся на базе конструкций основных схем манипуляторов и работают в стандартных рабочих зонах.

Манипуляторы с меньшей степенью подвижности значительно проще в управлении, но ограничены в зоне обслуживания [42].

Система координат манипулятора определяет кинематику основных движений манипулятора и форму рабочей зоны в этой системе координат [35], [36].

Системы координат бывают двух видов: прямоугольные и криволинейные.

В прямоугольной системе координат объект манипулирования помещается в определенную точку пространства робота путем прямолинейных перемещений звеньев механической системы промышленного манипулятора по трем (или двум) взаимно перпендикулярным осям [42].

В криволинейной системе координат наиболее распространенные координаты: плоские полярные (перемещение объекта происходит в одной координатной плоскости в направлении радиус-вектора и угла); цилиндрические, характеризующиеся перемещением объекта в основной координатной плоскости в направлениях радиус-вектора и угла, а также по нормали к ней; сферические (полярные), где перемещения объекта манипулирования в пространстве осуществляется за счет линейного движения руки промышленного робота на величину радиус-вектора и ее угловых перемещений в двух взаимно перпендикулярных плоскостях [43].

Разновидностью криволинейной системы координат является ангулярная (угловая) плоская или пространственная (цилиндрическая и сферическая) система координат, характерная для движений многозвенных шарнирных рук промышленных роботов и манипуляторов [44].

В ангулярной плоской системе координат объект манипулирования перемещается в координатной плоскости благодаря относительным поворотам звеньев руки, имеющих постоянную длину. Ангулярная цилиндрическая система характеризуется дополнительным смещением относительно основной координатной плоскости в направлении перпендикулярной к ней координаты. В ангулярной сферической системе координат перемещение объекта в пространстве происходит только за счет относительных угловых поворотов руки, при этом хотя бы одно звено имеет возможность поворота на углы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях [45].

Основные технические показатели промышленных роботов определяются предполагаемой областью применения и условиями производства, для которых предназначается робот [46].

Большинство технических показателей манипулятора описывают, в первую очередь, его собственные свойства. Собственные свойства робототехнической системы бывают двух видов: механические и алгоритмические. Механические свойства связаны с конструктивным исполнением манипулятора, в то время как алгоритмические свойства связаны с реализацией его системы управления [26].

Число степеней подвижности манипулятора - сумма возможных координатных движений объекта манипулирования относительно опорной системы (стойки, основания) робота [47].

Рабочее пространство манипулятора - пространство, в котором может находиться исполнительный орган робота в момент работы.

Достижимость - одно из важных геометрических свойств манипуляционной системы, представляющее количественную оценку величины объема рабочего пространства [48], [49].

Границы достижимости манипуляционной системы - границы рабочего пространства, т.е. границы, до которых робот может дотянуться своей характерной точкой (исполнительным органом) [50].

Манипулятивность - свойство манипулятора правильно ориентировать захватное устройство. По мере приближения захвата к границам рабочего пространства, свойство манипулятивности уменьшается, а на границе достижимости полностью утрачивается [51].

Мобильность - свойство манипулятора, оценивающее достижимую скорость перемещения характерной точки захвата в рабочем пространстве. В каждой конфигурации манипуляционной системы достижимые скорости захвата составляют определенный интервал, ограничиваемый возможностями приводов отдельных звеньев. От конфигурации к конфигурации этот интервал меняется. Свойство мобильности позволяет оценить, удовлетворяют ли требованиям

двигательной задачи, предъявляемой роботу, кинематические характеристики его манипулятора [52].

В робототехнике есть две основные задачи кинематики - прямая и обратная, которые в общем случае формируются следующим образом:

- Прямая задача: нахождение координат схвата манипулятора, по заданным длинам звеньев и углам манипулятора.

- Обратная задача: нахождение таких углов, которые позволят манипулятору переместить схват в заданную точку.

Сложность решения прямой и обратной задач заключается в том, что параметры движения каждого звена зависят не только от его привода, но и от движений предыдущих звеньев [53].

Если прямая задача кинематики имеет однозначное решение, то обратная задача кинематики имеет неоднозначное решение (т.е. несколько решений).

В промышленности существует большое количество видов манипуляторов, ключевым отличием одних от других является область манипулирования. Имеются важные отличия в виде скорости, сложности управления, точности наведения и другие.

Ключевой особенностью большинства промышленных манипуляторов является работа по жестко заданной программе. В то же время особенностью работы доильных роботов является наличие систем обратной связи (камер и датчиков расстояния), которые обеспечивают управление в реальном времени.

Для выполнения задачи подключения доильных стаканов к соскам вымени коровы в существующих решениях уже используются SCARA - подобные манипуляторы с элементами обратной связи, а также манипуляторы близкие к ангулярному типу. Остальные недостаточно подходят для взаимодействия с динамическим объектом - коровой, которая в свою очередь накладывает свои ограничения по рабочей зоне за счет своей физиологии, то есть ноги и вымя будут помехой для промышленных манипуляторов.

1.2 Анализ существующих конструкций роботизированных

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рузин Семен Сергеевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Указ Президента Российской Федерации от 21.01.2020 г. № 20 «Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации» [Электронный ресурс] // URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/45106 (дата обращения: 13.02.2024).

2. Продовольственная безопасность и раскрытие агропромышленного потенциала Евразийского региона [Электронный ресурс] // URL: https://analytics.eabr.org/upload/EDB_2023_Report%201_Food%20Security_rus.pdf (дата обращения: 13.02.2024).

3. Поголовье скота и птицы в хозяйствах всех категорий [Электронный ресурс] // URL: https://fedstat.ru/indicator/31325 (дата обращения: 13.02.2024).

4. Бюллетени о состоянии сельского хозяйства (электронные версии) [Электронный ресурс] // URL: https://ab-centre.ru/news/o-proizvodstve-syrogo-moloka-v-rossii-v-1990-2021-gg (дата обращения: 13.02.2024).

5. О производстве сырого молока в России в 1990-2021 гг. [Электронный ресурс] // ab-centre.ru: экспертно-аналитический центр агробизнеса URL: https://ab-centre.ru/news/o-proizvodstve-syrogo-moloka-v-rossii-v-1990-2021-gg (дата обращения: 13.02.2024).

6. В России производство молока по итогам 2023 года достигло 33,5 млн тонн [Электронный ресурс] // URL: https://tass.ru/ekonomika/19791331 (дата обращения: 13.02.2024).

7. Указ Президента Российской Федерации от 01.12.2016 г. № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» [Электронный ресурс]. URL: http://kremlin.ru/acts/bank/41449 (дата обращения: 13.02.2024).

8. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 20 мая 2023 г. № 1315-р «Концепция технологического развития на период до 2030 года» [Электронный ресурс]. URL: https://rospatent.gov.ru/content/uploadfiles/technological-2023.pdf (дата обращения: 13.02.2024).

9. Дорохов А. С. Температура и уровень рН рубца КРС как показатели вероятности репродуктивного успеха / А. С. Дорохов, В. В. Кирсанов, Ф.Е. Владимиров и др. //Вестник НГИЭИ. - 2019. - №. 6 (97). - С. 117-126.

10. Владимиров Ф. Е. Измерение Ph и температуры рубца у коров в послеородовой период для диагностики ацидоза / Ф. Е. Владимиров, В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин и др. // Инновации в сельском хозяйстве. - 2019. - №. 3. -С. 225-232.

11. Кирсанов В. В. Сравнительный анализ и подбор систем мониторинга здоровья КРС / В. В. Кирсанов, Ф. Е. Владимиров, Д. Ю. Павкин и др. // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2019. - №. 1 (33). - С. 27-31.

12. Борщ О. В. Особенности доения коров на роботизированной установке / О. В. Борщ // Технолопя виробництва i переробки продукцп тваринництва. - 2014. - №. 2. - С. 131-135.

13. Доровских В. И. Исследование влияния кратности доения коров роботами на их продуктивность / В. И. Доровских, В. С. Жариков //Наука в центральной России. - 2019. - №. 5. - С. 69-77.

14. Дорохов А.С. Глава 1. Робототехнические средства в сельском хозяйстве / А.С. Дорохов, М.Г. Загоруйко, С.А. Давыдова, Д.Ю. Павкин, Н.О. Чилингарян, А.А. Гришин, Ю.В. Катаев // Новые механизмы робототехнических и измерительных систем. - Москва: Рекламно-издательский центр «ТЕХНОСФЕРА», 2022. - С. 9-47. - EDN ZRGSAC.

15. Цой Ю. А. Автоматизированный доильный аппарат с почетвертным управлением процессом доения / Ю. А. Цой, В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин //Науковий вюник Нащонального ушверситету бюресуршв i природокористування Украши. Серiя: Техшка та енергетика АПК. - 2015. - №. 209 (1). - С. 134-140.

16. Кирсанов В. В. Результаты обработки экспериментальных данных с роботов доения по четвертям вымени / В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин, А. А. Цымбал // Инновации в сельском хозяйстве. - 2015. - №. 4. - С. 122-128.

17. Цой Ю. А. Концепция построения и технико-технологическое решение доильного аппарата с почетвертным управлением процессом доения / Ю. А. Цой,

B. В. Кирсанов, А. И. Зеленцов и др. //Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2015. - №. 3 (19). -

C. 86-89.

18. Ferneborg S. The effect of pulsation ratio on teat condition, milk somatic cell count and productivity in dairy cows in automatic milking / S. Ferneborg, K. Svennersten-Sjaunja // Journal of Dairy Research. - 2015. - V. 82(04). -P. 453-459. doi:10.1017/s0022029915000515.

19. В мире доильной техники - традиции и современность [Электронный ресурс]. URL: https://www.dairynews.ru/news/v_mire_doilnoj_tehniki--tradicii_i_sovremennost.html (дата обращения: 13.02.2024).

20. Кирсанов В. В. Технико-технологические решения роботизированной станочной доильной установки с почетвертным управлением процессом доения / В. В. Кирсанов, Ю. А. Цой, Л. П. Кормановский и др. // Инновации в сельском хозяйстве. - 2018. - №. 1. - С. 229-235.

21. Павкин Д. Ю. Алгоритм управления процессом почетвертного доения в роботизированной доильной установке / Д. Ю. Павкин, В. В. Кирсанов, Е. А. Никитин, С. С. Рузин // Инновации в сельском хозяйстве. - 2018. - №. 1. - С. 242248.

22. Анфиногентова А. А. Продовольственная безопасность России и стратегии импортозамещения в условиях глобальных вызовов / А. А. Анфиногентова. - Издательство: «Саратовский источник» (Саратов). - 2015. - 444 с.

23. Кирсанов В. В. Концептуальные технико-технологические решения роботизированной доильной установки с почетвертным управлением процессом доения / В. В. Кирсанов, Л. П. Кормановский, Д. Ю. Павкин и др. //Вестник НГИЭИ. - 2018. - №. 3 (82). - С. 62-73.

24. Кирсанов В. В. Направления исследований в создании автоматизированных систем почетвертного доения для станочных доильных

установок / В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин, П. Н. Подобедов и др. //Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2017. - №. 4 (28). - С. 16-20.

25. Кирсанов В. В. Разработка автоматизированного доильного аппарата с почетвертным управлением процессом доения / В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин // Вестник НГИЭИ. - 2016. - №. 6 (61). - С.37-43.

26. Никитин Е. А. Обоснование структурно-кинематических схем автоматических манипуляторов для почетвертного доения / Е. А. Никитин, В. В. Кирсанов, Д. Ю. Павкин // Труды ГОСНИТИ. - 2017. - Т. 128. - С. 112-117.

27. Пат. 2715859 Российская Федерация, МПК A01J 7/00. Агрегат для животноводства / Павкин Д. Ю., Кирсанов В. В., Дорохов А. С., Лобачевский Я. П., Рузин С. С., Цой Ю. А., Шилин Д. В., Любимов В. Е., Чирков А. В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU) - № 2019107891; заявл. 19.03.2019; опубл. 03.03.2020, Бюлл. № 7.

28. Dorokhov A. Calculation of the Manipulator's Kinematic Model and Mounting Points of the Drive Equipment / A. Dorokhov, V. Kirsanov, D. Pavkin, D. Shilin, D. Shestov, S. Ruzin // In Proc. 2nd International Conference on Intelligent Computing and Optimization. - 2019. - P. 1072:339-348. DOI: 10.1007/978-3-030-33585-4_34.

29. Piwczynski D. The impact of the installation of an automatic milking system on female fertility traits in Holstein-Friesian cows / D. Piwczynski, M. Brzozowski, B. Sitkowska // Livestock Science. -2020. - V. 240, 104140. doi:10.1016/j.livsci.2020.104140.

30. Simoes L.M. Robotic milking of dairy cows: a review / L.M. Simoes, M.A. Lopes, S.C Brito, G Rossi, L. Conti, M. Barbari // SEMINA-CIENCIAS AGRARIAS. -2020. - V. 41(6). - P. 2833-2849.

31. Чеченихина О. С. Эффективность внедрения роботизированной системы доения крупного рогатого скота / О.С. Чеченихина //Аграрный вестник Урала. -2018. - №. 8 (175). - С.62-68.

32. Портной А.И. Роботизация доения коров: опыт практического использования в Беларуси / А.И. Портной // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. - 2016. -Вып. 19. -Ч.2. - С. 130 -136.

33. Шляйтцер Г. Кому бокс, а кому и карусель? / Г. Шляйтцер // Новое сельское хозяйство. - 2011. - №. 6. - С. 46-51.

34. Правила машинного доения коров. М.: Агропромиздат, 1989 39 с.

35. Белянин П. Н. Промышленные роботы / П.Н. Белянин. Москва: Машиностроение, 1975. - 297 с.

36. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора / Р. Пол; Перевод с англ. А. Ф. Верещагина, В. Л. Генерозова; под ред. Е. П. Попова. - Москва: Наука, 1976. - 103 с. .

37. Медведев В. С. Системы управления манипуляционных роботов / В.С. Медведев, А.Г. Лесков, А.С. Ющенко; под ред. Е.П. Попова. - Москва: Наука, 1978.

- 416 с.

38. Шахинпур М. Курс робототехники / М. Шахинпур; [Перевод с англ. С. С. Дмитриева; под ред. С. Л. Зенкевича]. - М.: Мир, 1990. - 526 с. .

39. Попов Е.П. Манипуляционные роботы: динамика и алгоритмы / Е. П. Попов, А. Ф. Верещагин, С. Л. Зенкевич. - Москва: Наука, 1978. - 398 с.

40. Зенкевич С.Л. Основы управления манипуляционными роботами: учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальности «Роботы и робототехн. системы» / С. Л. Зенкевич, А. С. Ющенко. - Изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ, 2004. - 478 с.

41. Локтионов А. В. Расчёт кинематических параметров пространственных исполнительных механизмов / А. В. Локтионов // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки. - 2014. - №. 8. - С. 106-120.

42. Кирсанов В. В. Концепция создания роботизированной станочной установки с почетвертным управлением процессом доения коров / В. В. Кирсанов, Ю. А. Цой, Л. П. Кормановский // Инновации в сельском хозяйстве. - 2018. - №. 1.

- С. 289-295.

43. Кирсанов В. В. Концепция создания доильного робота, совместимого с отечественным доильным оборудованием / В. В. Кирсанов, Ю. А. Цой, Л. П. Кормановский // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2016. - №. 3 (23) - С. 13-20.

44. Кравцов А. Г. Промышленные роботы: учебное пособие для обучающихся по образовательным программам высшего образования // А. Г. Кравцов, К. В. Марусич; - Саратов: Ай Пи Ар Медиа, 2019. - 95 с.

45. Новиков А. А. Исследование механизма привода захвата / А.А. Новиков, Ю.В. Новиков // Тезисы докладов 53-й Международной научно-технической конференции преподавателей и студентов. - 2020. - С. 180-181.

46. ГОСТ 25378-82 Роботы промышленные. Номенклатура основных показателей.

47. Шеменков В. М. Конструирование механизмов роботов [Электронный ресурс]: метод. рек. к практич. занятиям для студентов / сост. В. М. Шеменков, С. Г. Черняков, Е. Ю. Демиденко. - Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2018. - 44с.

48. Давиденко О. Ю. Обзор промышленных роботов / О. Ю. Давиденко, Е. С. Орешин //Science and technology innovations. - 2020. - С. 16-19.

49. Ардашов А. А. Обоснование геометрических параметров звеньев манипулятора космического робота / А.А. Ардашов, А.А. Сасункевич, А.П. Софьин, Л.А. Федорова // Труды Военно-космической академии имени АФ Можайского. - 2018. - №. 660. - С. 130-137.

50. Смоленцев А. Н. Метод параметрической идентификации манипуляторов / А.Н. Смоленцев, И.М. Кондратьев // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2012. - №. 1. - С. 123-125. .

51. Притыкин Ф. Н. Исследование маневренности механизма манипулятора при заданной точности позиционирования центра выходного звена/ Ф.Н. Притыкин, В.А. Захаров // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2015. - №. 3 (109). - С. 67-71.

52. Притыкин Ф. Н. Обобщенный метод исследования мобильности плоских механизмов манипуляторов / Ф.Н. Притынин, Д.И. Нефедов, В.А. Захарова и др. //Инженерный вестник Дона. - 2015. - Т. 37. - №. 3. - с. 147.

53. Юревич Е. И. Основы робототехники: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 652000 «Мехатроника и робототехника» (специальность 210300 «Роботы и робототехнические системы»): [+ CD] / Е. И. Юревич. - 3-е изд. - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2010. - 359 с.

54. Lely. 25 years dairy automation. URL: https://www.lely.com/25-years-dairy-automation/ (дата обращения 13.02.2024).

55. Тенденции развития доильного оборудования за рубежом: Аналитический обзор / Ю. А. Цой, Н. П. Мишуров, В. В. Кирсанов, А. И. Зеленцов. - Москва: ФГНУ «Росинформагротех», 2000. - 76 с. - EDN VMKOVB.

56. Пат. 2473211 Российская Федерация, МПК A01J 5/017. Приспособление для автоматической дойки молочного скота / Карел Ван Ден Берг; заявитель и патентообладатель МАСЛАНД Н.В. (NL). - № 2009112383/13; заявл. 2007.08.28; опубл. 27.01.2013, Бюлл. №3.

57. Пат. 2567893 Российская Федерация, МПК A01J 5/017. Захватное устройство, доильный робот и доильное оборудование / Томас Аксельссон; заявитель и патентообладатель ДЕЛАВАЛЬ ХОЛДИНГ АБ (SE) - № 2013102079/13; заявл. 2011.06.10; опубл. 10.11.2015, Бюлл. №31.

58. Пат. 2563680 Российская Федерация, МПК A01J 5/017. Агрегат для животноводства / Бирк Узи, Нильссон Матс, Даннекер Герт, Аксельсон Томас, Эрикссон Ян; заявитель и патентообладатель ДЕЛАВАЛЬ ХОЛДИНГ АБ (SE) - № 2012139570/13; заявл. 2011.02.08; опубл. 27.03.2014, Бюлл. №9.

59. Пат. 2555910 Российская Федерация, МПК A01J 5/017. Доильный аппарат и доильный установка, имеющая данный доильный аппарат, и способ размещения доильного аппарата / Кроне О.; заявитель и патентообладатель ГЕА Фарм Текнолоджиз ГмбХ (DE) - № 2013146032/13; заявл. 2012.03.16; опубл. 10.07.2015, Бюлл. №19.

60. Krawczel P. Milking time and risk of over-milking can be decreased with early teat cup removal based on udder quarter milk flow without loss in milk yield / P. Krawczel et al. //Journal of dairy science. - 2017. - Т. 100. - №. 8. - С. 6640-6647.

61. Kolbach R. Attachment accuracy of a novel prototype robotic rotary and investigation of two management strategies for incomplete milked quarters / R. Kolbach et al //Computers and Electronics in Agriculture. - 2012. - Т. 88. - С. 120-124.

62. Гарькавый Ф. Л. Селекция коров и машинное доение / Ф.Л. Гарькавый. -Москва: Колос, 1974. - 160 с.

63. Ульянов В. М. и др. Исследование физико-механических характеристик сосков вымени коровы / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, А.А. Хрипин и др //Вестник аграрной науки Дона. - 2018. - Т. 4. - №. 44. С. 65-75.

64. Вальшонок Е. О. Оценка коров-первотелок для доения на роботизированных доильных установках / Е.О. Вальшонок // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. Вальшонок Е. О. Оценка коров-первотелок для доения на роботизированных доильных установках. - Горки, 2020. - С. 37-39.

65. Gea Monobox Bierssenhof [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=tnIm396tu5Q (дата обращения: 13.02.2024).

66. GEA Monobox - Automated Milking System [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=3PXcF8XnY5w (дата обращения: 13.02.2024).

67. Vorführung des neue VMS V300 von DeLaval [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=SOMaRUvoCjU (дата обращения: 13.02.2024).

68. Преимущества направленного трафика и доения в роботе DeLaval VMS™ [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=edo0T3zqXUk (дата обращения: 13.02.2024).

69. Lely Astronaut A5 - ordenha robotizada [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=ljLDt5CGdwk (дата обращения: 13.02.2024).

70. Lely Astronaut A5 - como funciona [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=FyUitzktDDI (дата обращения: 13.02.2024).

71. Dzidic A. Oxytocin release, milk ejection and milking characteristics in a single stall automatic milking system / А. Dzidic, D. Weiss, R. M. Bruckmaier // Livestock Production Science. - 2004. V.86(1-3). - P. 61-68. DOI: 10.1016/S0301-6226(03)00150-7.

72. Краснов И. Н. Доильные аппараты / И.Н. Краснов // Азово-Черномор. инт механизации сельск. хоз-ва. - Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та, 1974. - 227с.

73. Bruckmaier R. M. Specific aspects of milk ejection in robotic milking: a review / R. M. Bruckmaier, J. Macuhova, H. H. D. Meyer // Livestock production science. -2001. - V. 72(1-2). - P. 169-176. DOI: 10.1016/S0301-6226(01)00277-9.

74. Negrao J. A. Milk yield, residual milk, oxytocin and cortisol release during machine milking in Gir, Gir x Holstein and Holstein cows / J. A. Negrao, P. G. Marnet // PubMed: Reproduction nutrition development. - 2006. - V. 46(1). - P. 77-85. DOI: https://doi.org/10.1051/rnd:2005068.

75. Кирсанов В.В., Павкин Д.Ю., Шилин Д.В., Рузин С.С., Юрочка С.С. Концепция, модели и схемы дифференцированного управления в роботизированном манипуляторе доения //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. -2021. - Т. 22. - №. 1. - С. 128-135. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.1.128-135.

76. Besier J. Technical note: Effects of attachment of hind teats before cleaning and attachment of front teats on milking characteristics in automatic milking systems / J. Besier, G. Schüpbach-Regula, O. Wellnitz, R.M. Bruckmaier // Journal of dairy science. - 2017. - V. 100(4) - P.3091-3095. DOI: 10.3168/jds.2016-11712.

77. Wildridge A. M. Transitioning from conventional to automatic milking: Effects on the human-animal relationship / A. M. Wildridge, P. C. Thomson, S. C. Garcia, E. C. Jongman, K. L. Kerrisk // Journal of dairy science. - 2020. - V. 103(2). P. 1608-1619. DOI: 10.3168/jds.2019-16658.

78. Dzidic A. Effects of cleaning duration and water temperature on oxytocin release and milk removal in an automatic milking system / A. Dzidic, J. Macuhova, R. M. Bruckmaier // Journal of dairy science. - 2004. - V. 87(12). - P. 4163-4169. DOI: 10.3168/jds.S0022-0302(04)73559-6.

79. Черноусько Ф.Л. Манипуляционные роботы. Динамика, управление, оптимизация / Ф. Л. Черноусько, Н.Н. Болотник, В. Г. Градецкий. - Москва: Наука, 1989. - 363 с.

80. Булгаков А.Г. Промышленные роботы: кинематика, динамика, контроль и управление / А.Г. Булгаков, В.А. Воробьев. - Москва : СОЛОН-Пресс, 2007. - 485 с.

81. Колюбин С. А. Динамика робототехнических систем / С. А. Колюбин. -Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2017. - 117 с. -EDN VBSMAH.

82. Юрочка С. С. Разработка методов определения биометрических и температурных параметров вымени лактирующих животных на основе оптических технологий : специальность 05.20.01 "Технологии и средства механизации сельского хозяйства" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Юрочка Сергей Сергеевич, 2022. - 170 с. - EDN ГТЯЛРМ

83. Пат. на полезную модель 221935 Российская Федерация, МПК А011 5/00, А01К 1/12. Рабочий орган с дифференцированным управлением доильными стаканами манипулятора доильного робота / Д. Ю. Павкин, С. С. Рузин, Д. В. Шилин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) - № 2023124083; заявл. 19.09.2023; опубл. 30.11.2023 Бюл. № 34.

84. Павкин, Д. Ю. Программа управления двигателями рабочего органа манипулятора доильного робота / Д. Ю. Павкин, С. С. Рузин, Д. В. Шилин // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ .№2023681368 от 12.10.2023.

85. Цой Ю. А. Функционально-стоимостный анализ доильных роботов и перспективные направления развития автоматизированных доильных систем / Ю. А. Цой, В. В. Кирсанов, А. П. Петренко //Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. - 2014. - С. 235-239.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт внедрения

.Л1Ш'ЖДАМ> Про ре ал op I IHN' -Mill«' по мал«с t Нм Профессор О К Лр.1! > ИОВ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Рузнна С.С., прелстивленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 4.3.1 «Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса» в учебном процессе кафедры управления и интеллектуальных технологий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет «М Ж».

Комиссия в составе: начальника учебного управления, к.э.н.. доцента Абрамовой Е.Ю.; директора института информационных и вычислительных технологий, к.т.и., доцента Вишнякова СВ.; заведующего кафедры управления и интеллектуальных технологий, д.т.и., доцента Ьобрякова A.B. составила настоящий акт о том. что результаты кандидатской диссертации Рузнна С.С. используются в учебном процессе кафедры управления и интеллектуальных технологий.

Результаты исследований, полученные Рузнным С.С., используются в секционных курсах, лабораторных и практических занятиях по дисциплине «Робототехника», а также при выполнении учебных научно-исследовательских и выпускных квалификационных работ студентов по специальностям 27.03.04 и 27.04.04 «Управление в технических системах».

Начальник УУ к.э.н., лонен i

Директор ИВТИ К-т.н., доцент

Чая. кнф. VHT. д.т.н.. доцент

г; Е.Ю. АБРАМОВА

С.В.ВИШНЯКОВ

-т/

Iff

A.B. БОБРЯКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты моделирования кинематики

0 5

045

0.4

0.35

^Г 0.3 N

о 0 25

.о

о

° 0.2 0.15 0.1 0.05 0

ж л

- а £ * + + * \ Д ж*

• ■ ■

0.6 0.7 0.8 0.9

ОСЬ 0Х, [м]

1.1

Акт натурных испытаний

УТВЕРЖДАЮ

¿MU V^Al/i^y

рабочею органа манипулятора С дифференцирован!

стаканами

АКТ

натурных испытаний

1. Для определения точности позиционирования рабочих точек прошита рабочею органа манипулятора с дифференцированным управлением доильными егакапами, разработанного Ручииым Семеном Сергеевичем в ФГБНУ Ф11АЦ В ИМ, на доильной установке «Елочка». Создана комиссия в составе:

от Ф1 Ы1У ФНАЦ ВИМ в лице:

- руководитель научного направления «Механизация животноводства», кл.н. Панкин Дмитрий Юрьевич;

заведующий лабораторией «Цифровые системы мониторинга лля животноводства», кл.н. Юрочка Ccpi ей Сергеевич.

младший научный сотрудник Рузян Семен Сергеевич.

от ИМ ГКФХ Сирота Олег Александрович в лице:

- руководитель животноводческого комплекса Овчинникова Айна Алексеевна.

- оператор машинного доения Жданов Дмитрий Владимирович,

составили настоящий акт о гом. чго на ферме по содержанию крупною poiaioiu скота молочного направления были проведешь натурные испытапия рабочего макета.

Объект исньпаний:

Прототип рабочего органа манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами

2. Место проведения испытаний:

Российская Федерация, Московская область, городской округ Истра, деревня Дубровское, территория «Истринская сыроварня».

3. Условия проведения испытаний:

Испытания проводились при использовании доильной установки «Елочка» для фиксирования животного имитируя ограниченное пространство бокса доильного робота. Было отобрано 15 корон. Отобранные животные

Коровы для проведения испытании были отобраны по заболеваемости маститом (без маститов) и но пригодности к машинному доению (отклонения от нормального расположения сосков вымени не более 10%). по с широким диапазоном расположения сосков, что обеспечивало равноценные условия рабош Прототипа рабочего opiana манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами.

Используемое приборы и оборудование:

- ноутбук HONOR Magic Book Х16 PRO:

- 31) камера Rakinda M5 RGB TOF;

- установка вакуумная НВУ-75-2:

- доильная установка « Блочка >> компании УДЕ-М.

4. Характер проводимых испытаний:

время разворачивания прототипа рабочего орюна манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами по координатам концов сосков вымени;

- расстояния между сосков коровы, полученные системой технического зрения;

- межцептроные расстояния доильных стаканов после развертывания прототипа рабочего органа манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами;

5. В результате проведённых испытаний комиссия отмечает:

- исследования проведены согласно запланированной методике в печном объёме;

- прототип рабочего органа манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами разворачивается по конфигурации сосков не более чем за 2 секунды;

- ошибка по межосевым расстояниям расчетным (данные технического зрения) и фактическим (измеренным по центрам доильных стаканов) не превышает 4,57 мм, а в среднем находится в диапазоне от 3,08 мм до 4,02 мм по четырем соскам в результате 15 повторений эксперимента.

6. Предложения и рекомендации:

- перед началом работы доильные стаканы, находящиеся на одном исполнительном звене, желательно располагать ио центрам половин исполнительного звена для снижения времени развертывания;

7. Выводы:

- разработанный прототип рибочего органа манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами апробирован на доильной установке «Елочка» на молочной ферме ИП ГКФХ Сирота Олег Александрович при работе в автоматизированном режиме:

- рабочий орган манипулятора с дифференцированным управлением доильными стаканами работоспособен и отвечает заявленным требованиям, предъявляемым к прототппу.

Руководитель научного направления «Механизация живошоводетва» ФГЬ>НУ ФНАЦ ВИМ, к.т.н.

Зав. лаб. «Цифровые системы мониторинга для животноводства» ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, к.т.н.

Мл.u.c. Ф1ЪНУ ФНАЦ ВИМ

Руководитель животноводческою комплекса ИП I КФ Сирота Олег Александрович

Оператор машинного доения ИП ГКФХ Сирота Олег Александрович

Д.Ю. Павкин

^СХс Рузин A.A. Овчинникова

Д.В. Жданов