«Лифт в будущее» – всероссийская программа Благотворительного фонда «Система» по поддержке детского и юношеского технического творчества, научно-исследовательской деятельности и инженерно-конструкторского проектирования. Программа ориентирована на школьников и студентов, имеющих высокую мотивацию к изучению естественнонаучных и точных дисциплин, а также преподавателей среднего, высшего и дополнительного образования, заинтересованных в популяризации науки и готовых к профессиональному самосовершенствованию. Сайт: www.lifttothefuture.ru.
В данной статье представлен проект, выполненный школьниками 9-11 классов.
Руководитель лаборатории: Фомичёв Яков Владимирович и Мартынова Маргарита Анатольевна.
Место проведения: Петрозаводский Государственный Университет, г. Петрозаводск, Республика Карелия.
Даты проведения ИКШ «Лифт в будущее»: 14.08 – 27.08.2017 г.
Название: Автоматизация процесса сеяния семян хвойных лесных пород на местах вырубки.
Участники: Софронов Александр Андреевич, ученик 9 класса, школа № 27, город Петрозаводск
Савриновский Семён Михайлович, ученик 11 класса, лицей № 11, Челябинская область
Невская Анастасия Александровна, ученица 11 класса, школа № 25, город Псков
Пименов Дмитрий Николаевич, ученик 10 класса, гимназия № 17, Московская область
Рашоян Анна Дрбоевна, ученица 11 класса, лицей № 1793, город Москва
Сергейчева Мария Николаевна, ученица 10 класса, гимназия № 17, Московская область
Стеценко Матвей Денисович, ученик 10 класса, школа № 12, город Королёв
Счастливцева Анна Юрьевна, ученица 11 класса, колледж Звёздный, город Санкт-Петербург
Решаемая проблема: повышение эффективности лесовосстановления с применением автоматизации на фоне интенсивной лесозаготовки.
Цель: Создания прототипа изделия, предназначенного для автоматизированного посева семян с возможностью предварительной подготовки посадочного места, дистанционного управления и наблюдения за процессом посева в режиме реального времени.
Новизна решения: Посев семян происходит без непосредственного участия человека, управление может осуществляться с помощью пульта дистанционного управления; наличие камеры для контроля работы устройства; наличие ультразвуковых датчиков для объезда препятствий.
Описание устройства "Лесной гном" (ЛГ).
ЛГ – это компактная платформа, имеющая большие возможности. В его функции входит: подготовка посадочного места, создание и расчистка борозды, сеяние семян и их покрытие слоем земли.
Задача заключалась в том, чтобы создать робота способного засеять гектар леса эффективнее чем группа людей. Изучив теоретическую часть вопроса и общаясь с экспертами из этой области, мы пришли к выводу, что нам понадобится приблизительно 10 тыс. семян в специальной оболочке из глины, перегноя, удобрений и воды и ЛГ потратит на работу приблизительно 4 часа, это позволит в будущем вырастить около 5 тыс. деревьев. Чтобы защитить семена от внешних факторов их нужно присыпать землёй, эту функцию в нашей разработке выполняет специальный плуг. Для защиты робота от неожиданных препятствий он имеет два датчика расстояния. На случай непредвиденных ситуаций на роботе прикреплена камера, с помощью которой диспетчер может дистанционно наблюдать за процессом и в случае необходимости вмешаться.
Рассмотрим отдельные детали устройства, выполненного в виде макета (рис. 1).
Рис. 1. Макет устройства и его разработчики
Имеется два отсека под семена, каждый вместимостью 5000 семян диаметром 6 мм. Это обусловлено тем, что мы собираемся использовать семена в питательной оболочке, состоящей из глины, перегноя, удобрений и воды. С помощью специального семяраздатчика мы сеем по два семечка. Для того чтобы семя оказалось на некоторой глубине в земле, а именно – 1-2 см, дабы защитить его от внешних воздействий, мы внедрили специальный изобретенный нашей командой плуг. Его особенность заключается в том, что он одновременно разгребает землю под падающее семя и тут же его засыпает. А благодаря своей форме клин не застревает на камнях и может прорезать мелкие корни. Для передвижения по пересеченной местности мы используем гусеничное шасси. Макет обладает двумя датчиками расстояния, но в перспективе мы можем рассматривать и другие способы ориентации в пространстве, такие как машинное зрение либо лазерные дальномеры
Также робот оборудован камерой, посредством которой оператор получает возможность дистанционно наблюдать за процессом, а в случае необходимости вмешаться и, например, помочь роботу преодолеть препятствия.
Сравнение с аналогами [1, 2, 3] показало, что наша разработка конкурентоспособна, т.к. у неё высокая производительность, относительная простота производства, к тому же она удобна при транспортировке. Ко всему этому ЛГ имеет относительно невысокую цену: 150 000 р. В перспективе, при достаточно массовом производстве, цена уменьшится до 80-100 тысяч, в то время как цены аналогов превышают 900000 р. и по сравнению с нашим устройством имеют ряд недостатков: отсутствие автоматизации и функции дистанционного управления, большие размеры. Поэтому данная разработка будет интересна небольшим частным предприятиям и крупным лесообрабатывающим комплексам, таким как Сегежский ЦБК и Кондопожское ЛПХ.
Список литературы
1. Вахнина Г.Н., Вакула Е.Ю., Сафонова Н.М., Шадрина Е.Л. Искусственное лесовосстановление – глобальная проблема // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – №. 7-2. – С. 254-256.
2. Песков В.Б., Дмитриева М.Н., Божбов В.Е. Перспективные системы машин для лесовосстановительных работ // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2016. – Т. 4. – №. 1. – С. 150-153.
3. Свиридов Л.Т., Чмелев В.В., Хрипченко М.С., Свиридов Т.Л., Бусарин Э.Н. Устройство для предпосевной обработки почвы и посева мелких лесных семян // Патент RU 2338351. Опубликовано: 20.11.2008. Бюллетень № 32.