RU214161U1

RU214161U1 - DEVICE FOR AUTOMATED GROWING OF AGRICULTURAL CROPS AND PRECISION AGRICULTURE

Info

Publication number: RU214161U1
Application number: RU2022110787U
Authority: RU
Inventors: Владислав Сергеевич Алексеев; Илдус Раилевич Азизов; Сергей Александрович Анисимов; Ирек Раилевич Азизов; Алексей Владимирович Русинов; Дмитрий Геннадьевич Горюнов; Игорь Валерьевич Шишкин
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для точного земледелия и автоматизированного выращивания сельскохозяйственных культур как в защищенном, так и не защищенном грунте.The utility model relates to agriculture, namely to devices for precision farming and automated cultivation of crops both in protected and unprotected ground.

Поставленная в полезной модели задача решается в устройстве для автоматизированного выращивания сельскохозяйственных культур и точного земледелия, представляющем собой раму с управляемыми высотой, шириной и длиной, вертикальную тележку, перемещающуюся от двух шаговых двигателей с помощью троса вдоль стеллажей на роликовых опорах по направляющим, оснащенную кареткой, перемещающейся вертикально вдоль оси тележки с помощью шагового двигателя, с закрепленной на ней телескопической стрелой с кронштейном для крепления съемных насадок, кроме того, управление всеми приводами осуществляется блоком контроллера, отличающемся тем, что рама представляет собой сварной металлический каркас стеллажного типа из вертикальных балок, на которых на определенной высоте установлены стеллажи с растениями в лотках, которые в свою очередь снабжаются питательным раствором, подаваемым с помощью насоса из резервуара, причем на уровнях стеллажей установлены осветительные приборы, спектр лучей от которых максимально приближен к оптимальному для растений естественному свету.

The problem posed in the utility model is solved in a device for automated cultivation of crops and precision farming, which is a frame with controlled height, width and length, a vertical cart moving from two stepper motors with a cable along the racks on roller bearings along guides, equipped with a carriage, moving vertically along the axis of the trolley with the help of a stepper motor, with a telescopic boom attached to it with a bracket for attaching removable nozzles, in addition, all drives are controlled by a controller unit, characterized in that the frame is a welded metal rack-type frame made of vertical beams, on which, at a certain height, racks with plants in trays are installed, which, in turn, are supplied with a nutrient solution supplied by a pump from the reservoir, and lighting devices are installed at the levels of the racks, the spectrum of rays from which is maximum close to optimal natural light for plants.

Description

Известно устройство для точного земледелия и автоматизированного выращивания сельскохозяйственных культур как в защищенном, так и не защищенном грунте (заявка на изобретение США US 20210100178), состоящее из роботизированного устройства с креплением для первой рабочей головки для подачи растений в контейнеры для приема растений, содержащее первую линейную направляющую для перемещения крепления для первой рабочей головки вдоль первой оси и содержащее вторую линейную направляющую для перемещения первой линейной направляющей вместе с креплением для первой рабочей головки вдоль второй оси.A device for precision farming and automated cultivation of crops both in protected and unprotected ground is known (application for invention US US 20210100178), consisting of a robotic device with a mount for the first working head for feeding plants into containers for receiving plants, containing the first linear a guide for moving the fastener for the first working head along the first axis and containing a second linear guide for moving the first linear guide along with the fastening for the first working head along the second axis.

Соответственно, подача растений, в частности и после посева, осуществляется с помощью роботизированного устройства. С этой целью первая рабочая головка прикреплена, предпочтительно съемным способом, к роботизированному устройству. Съемный прием первой рабочей головки предпочтительно управляется блоком управления. Для того, чтобы иметь возможность перемещать первую рабочую головку внутри приемного барабана в желаемое место, например, одну из установок в контейнерах для приема растений, (по меньшей мере) двухосный направляющий узел или приводной узел снабжен первой линейной направляющей и второй линейной направляющей. Направляющий узел предпочтительно соединен с приводным устройством, например: электродвигателем, которое обеспечивает перемещение вдоль первой или второй оси. Приводное устройство предпочтительно управляется электронным блоком управления. Чтобы иметь возможность добраться до любого места внутри приемных контейнеров завода, электронный блок управления координирует движение первой рабочей головки роботизированного устройства с вращением приемного барабана. Для целенаправленного управления контейнерами для приема растений электронный блок управления может включать программу управления, которая будет действовать во время работы устройства для выращивания растений.Accordingly, the supply of plants, in particular also after sowing, is carried out using a robotic device. To this end, the first working head is attached, preferably in a removable manner, to the robotic device. The removable reception of the first working head is preferably controlled by a control unit. In order to be able to move the first working head inside the receiving drum to the desired location, for example, one of the installations in the containers for receiving plants, the (at least) biaxial guide assembly or drive assembly is provided with a first linear guide and a second linear guide. The guide assembly is preferably connected to a drive device, for example: an electric motor, which provides movement along the first or second axis. The drive device is preferably controlled by an electronic control unit. In order to be able to reach any place inside the receiving containers of the plant, an electronic control unit coordinates the movement of the first working head of the robotic device with the rotation of the receiving drum. For purposeful control of the plant receiving containers, the electronic control unit may include a control program that will be active during operation of the plant growing device.

Недостатками известной конструкции являются конструкционные ограничения и сложность барабана, ограниченная площадь выращивания и отсутствие осветительных приборов, спектр лучей которых максимально приближен к оптимальному для растений естественному свету.The disadvantages of the known design are the structural limitations and complexity of the drum, the limited growing area and the lack of lighting devices, the spectrum of rays of which is as close as possible to the natural light that is optimal for plants.

Наиболее близким к заявленному решению является устройство для выращивания растений в открытом грунте (https://farm.bot), робот-садовник, который может сажать и поливать растения и следить за садом. Farmbot представляет собой раму с управляемыми высотой, шириной и длиной, на которую установлено крепление со сменными насадками для посадки семян, полива и удаления сорняков. Пластиковые детали, из которых изготовлен бот, можно напечатать на 3D-принтере.Closest to the claimed solution is a device for growing plants in open ground (https://farm.bot), a gardening robot that can plant and water plants and monitor the garden. Farmbot is a frame with adjustable height, width and length, on which is installed a mount with interchangeable nozzles for planting seeds, watering and removing weeds. The plastic parts that make up the bot can be 3D printed.

FarmBot Genesis выполняет различные задачи, автоматически прикрепляя различные инструменты к универсальному инструментальному креплению, в том числе инжектор для высева, дождевальную насадку и инструмент для прополки сорняков. Машина способна выпалывать посадочную область с помощью средства прополки сорняков, с помощью камеры идентифицируются сорняки путем сравнения всех растений в этой области с местоположениями посадочных семян.The FarmBot Genesis performs a variety of tasks by automatically attaching a variety of tools to the Universal Tool Mount, including the seed injector, sprinkler head and weed cutter. The machine is capable of weeding out a planting area with a weed weeder, using a camera to identify weeds by comparing all plants in that area to planting seed locations.

Недостатком данной конструкции является малая полезная площадь для выращивания растений.The disadvantage of this design is the small usable area for growing plants.

Технической задачей предлагаемой конструкции является увеличение полезных площадей выращивания сельскохозяйственных культур путем применения принципа многоярустности, а также улучшение качества выращиваемой продукции за счет внедрения систем искусственного освещения осветительными приборами, спектр лучей которых максимально приближен к оптимальному для растений естественному свету.The technical task of the proposed design is to increase the usable area for growing crops by applying the principle of multi-tiered, as well as improving the quality of the grown products through the introduction of artificial lighting systems with lighting fixtures, the spectrum of rays of which is as close as possible to the natural light optimal for plants.

Поставленная в полезной модели задача решается в устройстве для автоматизированного выращивания сельскохозяйственных культур и точного земледелия, представляющее собой раму с управляемыми высотой, шириной и длиной, вертикальную тележку, перемещающуюся от двух шаговых двигателей с помощью троса вдоль стеллажей на роликовых опорах по направляющим, оснащенную кареткой, перемещающейся вертикально вдоль оси тележки с помощью шагового двигателя, с закрепленной на ней телескопической стрелой с кронштейном для крепления съемных насадок, кроме того управление всеми приводами осуществляется блоком контроллера, отличающееся тем, что рама представляет собой сварной металлический каркас стеллажного типа из вертикальных балок, на которых на определенной высоте установлены стеллажи с растениями в лотках, которые в свою очередь снабжаются питательным раствором, подаваемым с помощью насоса из резервуара, причем на уровнях стеллажей установлены осветительные приборы, спектр лучей от которых максимально приближен к оптимальному для растений естественному свету.The problem posed in the utility model is solved in a device for automated cultivation of crops and precision farming, which is a frame with controlled height, width and length, a vertical trolley moving from two stepper motors with a cable along the racks on roller bearings along guides, equipped with a carriage, moving vertically along the axis of the trolley with the help of a stepper motor, with a telescopic boom attached to it with a bracket for attaching removable nozzles, in addition, all drives are controlled by a controller unit, characterized in that the frame is a welded metal rack-type frame made of vertical beams, on which at a certain height, racks with plants in trays are installed, which, in turn, are supplied with a nutrient solution supplied by a pump from the tank, and lighting devices are installed at the levels of the racks, the spectrum of rays from which is maximum close to optimal natural light for plants.

Техническим результатом применения полезной модели является увеличение производительности путем увеличения площадей выращивания и применения искусственного освещения.The technical result of applying the utility model is to increase productivity by increasing the area of cultivation and the use of artificial lighting.

Предлагаемое устройство иллюстрируется следующими фигурами. На фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 представлен вид сбоку, на фиг. 3 представлен вид на лотки, на которых размещаются растения.The proposed device is illustrated by the following figures. In FIG. 1 shows a general view of the device, Fig. 2 is a side view, FIG. 3 shows a view of the trays on which the plants are placed.

Устройство состоит из двух механизированных узлов. Первый узел представляет собой конструкцию, состоящую из сварного металлического каркаса стеллажного типа из вертикальных балок 1, на которых на определенной высоте установлены стеллажи, в свою очередь на этих стеллажах размещается лоток 2 с растениями, по которым в свою очередь, по связывающим трубам 3 протекает питательный раствор, подаваемый с помощью насоса 4 из резервуара 5. Также на уровнях стеллажей установлены осветительные приборы 6, спектр лучей которых максимально приближен к оптимальному для растений естественному свету.The device consists of two mechanized units. The first node is a structure consisting of a welded metal frame of rack type from vertical beams 1, on which racks are installed at a certain height, in turn, tray 2 with plants is placed on these racks, through which, in turn, nutrient flows through the connecting pipes 3 a solution supplied by a pump 4 from a tank 5. Also, lighting devices 6 are installed at the levels of the racks, the spectrum of rays of which is as close as possible to the natural light that is optimal for plants.

Второй узел представляет вертикальную тележку, установленную сбоку от первого узла 7, способную перемещаться вдоль стеллажей на специальных роликовых опорах 8 по специальным направляющим (рельсам). Привод тележки осуществляется с помощью двух шаговых двигателей 9, установленных рядом с роликовыми опорами, двигатели передают движение тележке с помощью троса 10, протянутого по всей длине тележки, которая путем наматывания на барабан привода осуществляет движение тележки. Также на тележке установлена каретка 11, перемещающаяся вертикально вдоль оси тележки по направляющей с помощью шагового двигателя, таким образом осуществляется возможность производить работы на разных уровнях первого узла. На каретке установлены телескопическая стрела 12, способная выдвигаться и производить работы по всей площади рабочего пространства стеллажа первого узла, и привод телескопического устройства, представленный шаговым двигателем. На телескопической стреле установлен кронштейн 13, на который имеется возможность установки съемных насадок, с помощью которых осуществляются непосредственно сами работы. Управление всеми приводами и агрегатами устройства выполняется электронным блоком контроллера 14 по заранее заложенной программе через ЭВМ.The second node is a vertical trolley mounted on the side of the first node 7, capable of moving along the racks on special roller bearings 8 along special guides (rails). The trolley is driven by two 9 stepper motors installed next to the roller bearings, the motors transmit movement to the trolley using a cable 10 stretched along the entire length of the trolley, which, by winding on the drive drum, moves the trolley. Also, a carriage 11 is installed on the cart, moving vertically along the axis of the cart along the guide using a stepper motor, thus making it possible to work at different levels of the first node. A telescopic boom 12 is installed on the carriage, capable of extending and performing work over the entire area of the working space of the rack of the first node, and a telescopic device drive, represented by a stepper motor. A bracket 13 is installed on the telescopic boom, on which it is possible to install removable nozzles, with the help of which the work itself is carried out directly. The control of all drives and units of the device is carried out by the electronic unit of the controller 14 according to a pre-set program via a computer.

Работает устройство следующим образом. На стеллажи устанавливаются лотки 2, в которые размещаются ростки или семена сельскохозяйственной культуры, с помощью насоса 4 из резервуара 5 в лотки 2 по трубам 3 подается питательный раствор, управление которым осуществляется блоком контроллера 14 по заранее заложенному алгоритму, искусственными осветительными приборами 6 поддерживается требуемый световой режим в процессе выращивания, далее оператором производится подготовка необходимого материала и программируется алгоритм работы устройства с помощью ЭВМ. Готовая программа работы загружается в электронный блок контроллера 14, который, управляя исполнительными механизмами, производит посадку семян, мониторинг параметров среды (температура, влажность, кислотность, визуальный мониторинг с помощью камеры с машинным зрением), сбор готового урожая. Перемещение тележки 7 относительно горизонтальной плоскости вдоль стеллажей производится с помощью двух шаговых двигателей 9, которые, наматывая на приводной барабан трос 10, приводят ее в движение. Перемещение в вертикальной плоскости производится кареткой 11 посредством шагового двигателя, который перемещает каретку 11 вдоль вертикальной оси тележки 7. Конструкция каретки позволяет с помощью одной каретки 11 обслуживать несколько стеллажей 2, в данном случае три. Переход на следующий уровень стеллажей 2 выполняется следующим образом: тележка 7 посредством шаговых двигателей 9 и троса 10 перемещается в крайнее положение первого узла, далее каретка 11, двигаясь относительно вертикально оси тележки 7, перемещается на другой уровень стеллажей 2, а далее выполняется алгоритм работы, заложенный в электронный блок управления 14. Непосредственные работы по посадке, мониторингу, сборке и т.д. выполняются специальными съемными насадками, которые устанавливаются на кронштейн 13, который в свою очередь перемещается в горизонтальной плоскости посредством выдвижения телескопической стрелы 12. Все работы автоматизированы и производятся по заранее заложенному алгоритму в электронный блок управления 14.The device works as follows. Trays 2 are installed on the racks, in which sprouts or seeds of an agricultural crop are placed, with the help of a pump 4 from the tank 5, a nutrient solution is supplied to the trays 2 through pipes 3, which is controlled by the controller unit 14 according to a pre-set algorithm, artificial lighting devices 6 maintain the required light mode in the process of cultivation, then the operator prepares the necessary material and the algorithm of the device is programmed using a computer. The finished program of work is loaded into the electronic controller unit 14, which, by controlling the actuators, plants seeds, monitors environmental parameters (temperature, humidity, acidity, visual monitoring using a machine vision camera), and harvests the finished crop. The movement of the trolley 7 relative to the horizontal plane along the racks is carried out with the help of two stepper motors 9, which, winding the cable 10 around the drive drum, set it in motion. Movement in the vertical plane is carried out by the carriage 11 by means of a stepper motor, which moves the carriage 11 along the vertical axis of the cart 7. The design of the carriage allows using one carriage 11 to serve several racks 2, in this case three. The transition to the next level of racks 2 is performed as follows: the trolley 7 moves to the extreme position of the first node by means of stepper motors 9 and a cable 10, then the carriage 11, moving relative to the vertical axis of the trolley 7, moves to another level of racks 2, and then the operation algorithm is executed, embedded in the electronic control unit 14. Direct work on landing, monitoring, assembly, etc. are carried out by special removable nozzles, which are installed on the bracket 13, which, in turn, moves in a horizontal plane by extending the telescopic boom 12. All work is automated and is carried out according to a pre-set algorithm in the electronic control unit 14.

Claims

A device for automated cultivation of crops and precision farming, which is a frame, a vertical trolley moving from two stepper motors with a cable along the racks on roller bearings along guides, equipped with a carriage moving vertically along the axis of the trolley using a stepper motor, with a a telescopic boom with a bracket for attaching removable nozzles, in addition, all drives are controlled by a controller unit, characterized in that the frame is a welded metal rack-type frame made of vertical beams on which racks with plants in trays are installed, which in turn are supplied with nutrient a solution supplied by a pump from a tank, and lighting devices are installed at the levels of the racks, the spectrum of rays from which is as close as possible to the natural light that is optimal for plants.