CC BY
83
Комплекс для испытаний манипуляторов доения в производственных условиях
В.Г. Солдатов, аспирант, О.Н. Терехов, д.т.н., профессор, Оренбургский ГАУ; З.В. Макаровская, д.т.н., профессор, Московский ГППУ
Основными требованиями, которые предъявляются к новой доильной технике, являются: сокращение затрат ручного труда; полнота и быстрота выдаивания коровы; физиологичность доения (стимуляция рефлекса молокоотдачи, минимизация заболеваний вымени); пригодность для использования с различными формами и размерами вымени; простота конструкции,
надёжность работы, удобство в эксплуатации; ценовая доступность.
При правильной эксплуатации манипуляторы доения позволяют значительно сократить ручной труд. Это достигается за счёт облегчения надевания доильных стаканов на соски вымени; автоматического контроля за интенсивностью выведения молока из вымени; выполнения машинного додаивания; автоматического отключения доильного аппарата, снятия доильных стаканов с сосков вымени и выведения их из-под коровы [1, 2].
Манипулятор способен влиять на интенсивность молокоотдачи во время доения и додаивания в зависимости от расположения его подвесной части относительно вымени. Наибольшая интенсивность молокоотдачи достигается в случае расположения доильных стаканов в направлении естественного расположения сосков [3].
Физиологичность работы манипулятора определяет своевременность начала операций додаивания и снятия доильных стаканов, а также безболезненность их снятия. Преждевременное снятие доильных стаканов приводит к неполному выдаиванию, передержка — к холостому доению. И то и другое способствует развитию мастита. При отключении доильного аппарата доильные стаканы должны спадать свободно, в противном случае возможно травмирование вымени [3, 4].
Рабочая зона манипулятора определяет пригодность его использования для доения коров, отличающихся по форме и размерам вымени.
Для оценки манипуляторов доения разработаны различные стенды и комплексы. Эти устройства позволяют имитировать вымя и соски коровы; определять величину рабочего вакуума в доильном стакане, усилия оттягивания сосков и интенсивность молокоотдачи в отдельные моменты времени и др. [5, 6]. Все они предназначены для проведения испытаний в лабораторных условиях. В то же время полностью имитировать работу манипулятора при доении коровы в лаборатории невозможно. Поэтому испытание и оценка работы манипуляторов
доения в производственных условиях являются актуальной задачей.
Проведение испытаний манипуляторов доения на производстве связано с реализацией ряда условий:
— испытательный комплекс не должен оказывать какого-либо влияния на работу манипулятора и на поведение коровы во время доения;
— на исполнительных механизмах манипулятора (и на корове) недопустимо присутствие устройств с высоким напряжением;
— комплекс должен быть мобильным.
На кафедре механизации технологических процессов в АПК Оренбургского ГАУ разработаны адаптированный испытательный комплекс, удовлетворяющий перечисленным требованиям, и методика проведения испытаний манипуляторов доения. В состав комплекса входят оптическая система регистрации движения, специальное программное обеспечение (Патент РФ № 2010611056) и потокометр [7].
Функциональная схема оптической системы регистрации движения представлена на рисунке 1. Система позволяет осуществлять регистрацию положения и перемещения доильных стаканов в трёхмерном пространстве с помощью маркеров (светодиодов) и двух видеокамер, подключённых к компьютеру. В результате испытания система строит виртуальную модель движения и рассчитывает кинематические и динамические величины в отдельных точках траектории перемещения доильных стаканов. Оптическая система работает следующим обра-
Рис. 1 - Функциональная схема оптической системы регистрации движения:
1 - компьютер; 2 - программное обеспечение «Система видеоанализа движения объектов в пространстве» 3, 7 - штативы; 4, 6 - видеокамеры; 5 - исследуемый объект с прикреплённым к нему маркером
Рис. 2 - Рабочее окно программы «Система видеоанализа движения объектов в пространстве»
I 24
ш 22 І I 20 П 13 І I 16 ] 14 Ш 12
Рис. 3 - Графическая зависимость погрешности регистрируемых параметров оптической системы от разрешения камер и исходного расстояния маркера до камер
зом: на изображение, получаемое с видеокамер, накладывается видеофильтр; настройки видеофильтра регулируют так, чтобы маркер выглядел светлой точкой на тёмном фоне. С помощью реализованных в программном обеспечении алгоритмов система определяет координаты маркера на изображении каждой камеры. По-
лучаемые таким образом координаты маркера с учётом взаимного расположения видеокамер и их удаления от исследуемого объекта, разрешающей способности и угла обзора преобразуются в пространственные величины, выраженные в метрах. Регистрация координат объекта осуществляется дискретно через малые промежутки времени,
зависящие от характеристик и настроек камер. По окончании испытания полученный набор координат, а также информация о нём, о настройках камер и их расположении сохраняется системой в специальном файле.
С помощью программного обеспечения (рис. 2) осуществляются построение виртуальной модели изменения ориентации и движения доильных стаканов, расчёт кинематических и динамических характеристик перемещения доильных стаканов.
Потокометр используется для определения интенсивности молокоотдачи в моменты начала операций додаивания и отключения доильного аппарата.
Основными параметрами, влияющими на точность регистрации положения и движения объекта, являются разрешение видеокамер, взаимное расположение видеокамер относительно исследуемого объекта (удалённость от объекта). В результате экспериментальных исследований установлено, что при использовании видеокамер с разрешением 640 х 480 и более, кадровой частотой 30 кадров в секунду на расстоянии маркера до камер в 600—900 мм погрешность регистрации положения маркера в пространстве составила 0,05%. На рисунке 3 представлена графическая зависимость погрешности регистрируемых параметров оптической системы от разрешения камер (учитывали количество пикселей по горизонтали) и исходного расстояния маркера от камер.
Адаптированный испытательный комплекс позволяет непосредственно во время работы манипулятора определять:
— углы отклонения доильных стаканов во время доения и додаивания;
— ускорение движения доильного стакана в момент его снятия;
— интенсивность молокоотдачи в моменты начала додаивания и снятия доильных стаканов;
— предельные положения в пространстве исполнительной части манипулятора.
Регистрируемые характеристики зависят прежде всего от конструктивных и режимных параметров манипулятора, поэтому наиболее точно характеризуют его работу.
Таким образом, с помощью регистрируемых комплексом параметров можно оценить: влияние манипулятора на интенсивность молокоотдачи; безболезненность и своевременность снятия доильного стакана с вымени коровы; рабочую зону манипулятора.
Литература
1. Карташов Л.П. Машинное доение коров. М.: Колос, 1982.
2. Админ Е.И. Доение коров на фермах промышленных комплексов. Киев: Урожай, 1980.
3. Гарькавьш Ф.Л. Селекция коров и машинное доение. М.: Колос, 1974.
4. Карташов Л.П., Соловьёв С.А. Повышение надёжности системы «человек — машина — животное». Екатеринбург: УрО РАН, 2000.
5. Карташов Л.П., Соловьёв С.А., Шахов В.А. Лабораторные стенды для испытания животноводческой техники. М.: Колос, 2009.
6. Соловьёв С.А., Герасименко И.В., Шахов В.А. Новое оборудование для испытания доильных аппаратов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2005. № 2 (6). С, 48-50.
7. Патент РФ № 2010611056 «Система видеоанализа движения объектов в пространстве» / Солдатов В.Г., Станин М.П.; заявитель и патентообладатель — ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» (ЬШ). опубл. 04.02.2010.
