agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2025.26.1.184-195agronauka-1899Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: MECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATIONРазработка роботизированного буртоукладчика с цифровой системой автоматизированного движения для закладки на хранение картофеля и овощных культурDevelopment of a digital system for automated movement of a pick-up conveyor for storing potatoes and vegetable cropshttps://orcid.org/0000-0002-4758-3843ДороховА. С.DorokhovAleksey S.

Дорохов Алексей Семенович, доктор техн. наук, академик РАН, зам. директора по научно-организационной работе

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Aleksey S. Dorokhov, DSc in Engineering, academician of the Russian Academy of Sciences, Deputy Director for Scientific and Organizational Work

5, 1st Institutskiy proezd, Moscow, 109428

vim@vim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9442-2276СибирёвА. В.SibirevAleksey V.

Сибирёв Алексей Викторович, доктор техн. наук, профессор РАН, главный научный сотрудник отдела технологий и машин в овощеводстве

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Aleksey V. Sibirev, DSc in Engineering, professor of the Russian Academy of Sciences, chief researcher, the Department of Technologies and Machines in Vegetable Growing

5, 1st Institutskiy proezd, Moscow, Russian Federation, 109428 

sibirev2011@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5151-7312МосяковМ. А.MosyakovMaksim A.

Мосяков Максим Александрович, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник отдела технологий и машин в овощеводстве

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Maksim A. Mosyakov, PhD in Engineering, senior researcher, the Department of Technologies and Machines in Vegetable Growing

5, 1st Institutskiy proezd, Moscow, 109428

vim@vim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4899-9197СазоновН. В.SazonovNikolai V.

Сазонов Николай Викторович, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник отдела технологий и машин в овощеводстве

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Nikolai V. Sazonov, PhD in Engineering, senior researcher, the Department of Technologies and Machines in Vegetable Growing

5, 1st Institutskiy proezd, Moscow, 109428

vim@vim.ruhttps://orcid.org/0009-0005-3959-3047ГрищенкоА. В.GrishchenkoAlexander V.

Грищенко Александр Васильевич, магистрант, инженер отдела технологий и машин в овощеводстве

д. 5, 1-й Институтский проезд, г. Москва, 109428

Alexander V. Grishchenko, master's student, engineer, the Department of Technologies and Machines in Vegetable Growing

5, 1st Institutskiy proezd, Moscow, 109428

vim@vim.ruФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation202502032025261184195Copyright © Дорохов А.С., Сибирёв А.В., Мосяков М.А., Сазонов Н.В., Грищенко А.В., 20252025Дорохов А.С., Сибирёв А.В., Мосяков М.А., Сазонов Н.В., Грищенко А.В.Dorokhov A.S., Sibirev A.V., Mosyakov M.A., Sazonov N.V., Grishchenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1899

Автоматизация процесса закладки картофеля и овощных культур на хранение является значимым фактором увеличения производительности производства. В статье выполнено теоретическое моделирование функциональных параметров роботизированного буртоукладчика. На основании полученных моделей разработан роботизированный буртоукладчик с цифровой системой автоматизированного движения, разработку которой выполняли с использованием методов классической и земледельческой механики, систем автоматизированного проектирования с пакетами прикладных программ Solidworks и «Компас». Для снижения контактного напряжения клубня картофеля при его сходе с поверхности транспортерной ленты роботизированного буртоукладчика необходимо предусмотреть наличие устройства для гашения энергии падения клубней на поверхность хранилища. Выполнено теоретическое моделирование гасителя энергии при закладке на хранение картофеля. Рабочая поверхность гасителя колебаний выполнена из резинотехнического материала и представляет собой нелинейную упругую поверхность, имеющую возможность восстанавливаться после деформации. Для рабочего состояния взаимодействия клубня картофеля с гасителем энергии падения максимальное контактное напряжение во время процесса падения клубня составляет 0,107 МПа, а смещение при падении – 33 мм. Для проверки разработанных алгоритмов функционирования цифровой системы автоматизированного движения роботизированного комплекса машин для закладки на хранение картофеля и овощных культур проведены экспериментальные исследования по выполнению технологического процесса движения по хранилищу с определением основных показателей оценки качества и работоспособности машины. Определены результаты оценки обнаружения клубней картофеля в хранилище для развернутой модели искусственной нейронной сети: точности (Т = 93,9 %), достоверности (Р = 98,2 %), уровня полноты (П = 94,8 %) и оценки (F1 = 96,5 %), а также зависимости обнаружения клубней картофеля в хранилище при точности заглубления, точности построения траектории движения машины при естественном и искусственном освещении.

Automation of the process of laying potatoes and vegetable crops for storage is a significant factor in increasing production productivity. The article presents theoretical modeling of the functional parameters of a robotic clamp stacker. Based on the obtained models, a robotic clamp stacker with a digital automated motion system was developed, the development of which was carried out using the methods of classical and agricultural mechanics, automated design systems with the Solidworks and "Compass" application software packages. To reduce the contact stress of a potato tuber when it comes off the surface of the conveyor belt of a robotic clamp stacker, it is necessary to provide a device for damping the energy of the tubers falling onto the storage surface. Theoretical modeling of the energy damper when laying potatoes for storage was performed. The working surface of the vibration damper is made of rubber material and is a nonlinear elastic surface that can be restored after deformation. For the working state of the interaction of the potato tuber with the fall energy absorber, the maximum contact stress during the tuber fall is 0.107 MPa, and the displacement during the fall is 33 mm. To test the developed algorithms for the functioning of the digital system of automated movement of the robotic complex of machines for laying potatoes and vegetable crops for storage, experimental studies were conducted on the implementation of the technological process of movement along the storage facility with the definition of the main indicators of the quality and operability of the machine. The results of the potato tuber detection assessment in the storage facility for the expanded model of the artificial neural network were determined: accuracy (T = 93.9 %), reliability (P = 98.2 %), completeness level (P = 94.8 %) and assessment (F1 = 96.5 %), as well as the dependence of potato tuber detection in the storage facility on the accuracy of deepening, the accuracy of constructing the machine movement trajectory under natural and artificial lighting.

технологическая платформаисходные требованиямоделированиеэкспериментэнергия паденияtechnological platforminitial requirementsmodelingexperimentfall energyработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (тема№ FGUN-2022-0003).the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Federal Scientific Agroengineering Center VIM (theme No. FGUN-2022-0003).ReferencesErokhin M. N., Dorokhov A. S., Sibirev A. V., Aksenov A. G., Mosyakov M. A., Sazonov N. V., Godyaeva M. M. Development and Modeling of an Onion Harvester with an Automated Separation System. AgriEngineering. 2022;4(2):380–399. DOI: https://doi.org/10.3390/agriengineering4020026Erokhin M. N., Dorokhov A. S., Sibirev A. V., Aksenov A. G., Mosyakov M. A., Sazonov N. V., Godyaeva M. M. Development and Modeling of an Onion Harvester with an Automated Separation System. AgriEngineering. 2022;4(2):380–399. DOI: https://doi.org/10.3390/agriengineering4020026Измайлов А. Ю., Колчин Н. Н., Лобачевский Я. П., Кынев Н. Г. Современные технологии и специальная техника для картофелеводства. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2015;(3):43–47. Режим доступа: https://www.vimsmit.com/jour/article/viewFile/67/23 EDN: TTLVUJIzmaylov A. Yu., Kolchin N. N., Lobachevskiy Ya. P., Kynev N. G. Modern technologies and special equipment for potato production. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii = Agricultural Machinery and Technologies. 2015;(3):43–47. (In Russ.). URL: https://www.vimsmit.com/jour/article/viewFile/67/23Guo H., Lu H., Gao G., Wu t., Chen H., Qiu Z. Design and Test of a Levelling System for a Mobile Safflower Picking Platform. Applied Sciences. 2023;13(7):4465. DOI: https://doi.org/10.3390/app13074465Guo H., Lu H., Gao G., Wu t., Chen H., Qiu Z. Design and Test of a Levelling System for a Mobile Safflower Picking Platform. Applied Sciences. 2023;13(7):4465. DOI: https://doi.org/10.3390/app13074465Пономарев А. Г., Колчин Н. Н., Зернов В. Н., Петухов С. Н. Селекции и семеноводству картофеля необходима механизация. Картофель и овощи. 2017;(3):22–24. Режим доступа: http://potatoveg.ru/wp-content/uploads/2018/04/3_2017.pdfPonomarev A. G., Kolchin N. N., Zernov V. N., Petukhov S. N. Mechanization is necessary for breeding and seed growing of potato. Kartofel' i ovoshchi = Potato and Vegetables. 2017;(3):22–24. (In Russ.). URL: http://potatoveg.ru/wp-content/uploads/2018/04/3_2017.pdfКраснощеков Н. В. Агроинженерная стратегия: от механизации сельского хозяйства к его интеллектуализации. Тракторы и сельхозмашины. 2010;(8):5–8. Режим доступа: https://journals.eco-vector.com/0321-4443/article/view/68902/ru_RU#!Krasnoshchekov N. V. Agroengineering strategy: from mechanization of agriculture to its intellectualization. Traktory i sel'khozmashiny. 2010;(8):5–8. (In Russ.). URL: https://journals.eco-vector.com/0321-4443/article/view/68902/ru_RU#!Дорохов А. С., Аксенов А. Г., Сибирёв А. В., Мосяков М. А. Аналитические исследования машинно-технологических комплексов для сорто-фитопрочистки посадок картофеля и овощных культур в селекции и семеноводстве. Аграрный научный журнал. 2022;(4):76–82. DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2022i4pp76-82 EDN: DHXNNIDorokhov A. S., Aksenov A. G., Sibirev A. V., Mosyakov M. A. Analytical studies of machine-technological complexes for variety-phytocleaning of potato and vegetable crops in breeding and seed production. Agrarnyy nauchnyy zhurnal = The Agrarian Scientific Journal. 2022;(4):76–82. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.28983/asj.y2022i4pp76-82Jahanbakhshi A. Determine some engineering properties of snake melon (cucumis melo var. flexuosus). Agricultural Engineering International: The CIGR Journal. 2018;(20):171–176. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Determine-someengineering-properties-of-snake-melo-Jahanbakhshi/86e61051046dbacb1057bffeb56f90a49f97ef5cJahanbakhshi A. Determine some engineering properties of snake melon (cucumis melo var. flexuosus). Agricultural Engineering International: The CIGR Journal. 2018;(20):171–176. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Determine-some-engineering-properties-of-snake-melo-Jahanbakhshi/86e61051046dbacb1057bffeb56f90a49f97ef5cLehnert С., McCool Ch., Sa I., Perez T. Performance improvements of a sweet pepper harvesting robot in protected cropping environments. Journal of Field Robotics. 2020;37(7):1197–1223. DOI: https://doi.org/10.1002/rob.21973Lehnert С., McCool Ch., Sa I., Perez T. Performance improvements of a sweet pepper harvesting robot in protected cropping environments. Journal of Field Robotics. 2020;37(7):1197–1223. DOI: https://doi.org/10.1002/rob.21973Qin Z., Xiaoliang Y. U. E., Bin L. I., Xianping J., Zheng X., Can X. U.Motion planning of picking manipulator based CTB_RRT algorithm. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery. 2021;52(10);129–136. URL: https://www.nyjxxb.net/index.php/journal/article/view/1252Qin Z., Xiaoliang Y. U. E., Bin L. I., Xianping J., Zheng X., Can X. U.Motion planning of picking manipulator based CTB_RRT algorithm. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery. 2021;52(10);129–136. URL: https://www.nyjxxb.net/index.php/journal/article/view/1252Klose R., Penlington J., Ruckelshausen A. Usability study of 3D time-of-flight cameras for automatic plant phenotyping. Bornimer Agrartechnische Berichte. 2009;69:93–105. URL: https://www.researchgate.net/publication/285737807_Usability_study_of_3D_Time-of-Flight_cameras_for_automatic_plant_phenotypingKlose R., Penlington J., Ruckelshausen A. Usability study of 3D time-of-flight cameras for automatic plant phenotyping. Bornimer Agrartechnische Berichte. 2009;69:93–105. URL: https://www.researchgate.net/publication/285737807_Usability_study_of_3D_Time-of-Flight_cameras_for_automatic_plant_phenotypingLi J. 3D Machine Vision System for Robotic Weeding and Plant Phenotyping. Ph.D. Thesis, Iowa State Universtiy, Ames, IA, USA. 2014. URL: https://dr.lib.iastate.edu/entities/publication/032b1abf-6350-45d9-8402-ed11da2c4bd5Li J. 3D Machine Vision System for Robotic Weeding and Plant Phenotyping. Ph.D. Thesis, Iowa State Universtiy, Ames, IA, USA. 2014. URL: https://dr.lib.iastate.edu/entities/publication/032b1abf-6350-45d9-8402-ed11da2c4bd5Сазонов Н. В., Мосяков М. А., Тетерин В. С., Панферов Н. С., Годяева М. М., Трунов М. С. Показатели качества работы автоматизированной машины для ухода за растениями картофеля в селекции и семеноводстве. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2024;18(1):60–67. DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2024-18-1-60-67 EDN: MAJKHMSazonov N. V., Mosyakov M. A., Teterin V. S., Panferov N. S., Godyaeva M. M., Trunov M. S. Quality metrics of automated machinery in potato plant cultivation for breeding and seed production. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii = Agricultural Machinery and Technologies. 2024;18(1):60–67. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2024-18-1-60-67Лобачевский Я. П., Лачуга Ю. Ф., Измайлов А. Ю., Шогенов Ю. Х. Научно-технические достижения агроинженерных научных организаций в условиях цифровой трансформации сельского хозяйства. Техника и оборудование для села. 2023;(4(310)):2–5. DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2023-4-2-5 EDN: KIGZDFLobachevskiy Ya. P., Lachuga Yu. F., Izmaylov A. Yu., Shogenov Yu. Kh. Scientific and technical achievements of agricultural engineering organizations in the context of digital transformation of agriculture. Tekhnika i oborudovanie dlya sela = Machinery and Equipment for Rural Area. 2023;(4(310)):2–5. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2023-4-2-5Казаков С. С., Живаев О. В., Никулин А. В. Конструкционные пути снижения повреждаемости клубней посадочного картофеля при работе цепочно-ложечного высаживающего аппарата. Тракторы и сельхозмашины. 2019;(3):29–34. DOI: https://doi.org/10.31992/0321-4443-2019-3-29-34 EDN: ARTNCVKazakov S. S., Zhivaev O. V., Nikulin A. V. Structural ways to reduce the damage of planting potatoes bulbs when using a chain-spoon planting machine. Traktory i sel'khozmashiny. 2019;(3):29–34. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31992/0321-4443-2019-3-29-34Лобачевский Я. П., Дорохов А. С. Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021;15(4):6–10. DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-4-6-10 EDN: YFRZDV.Lobachevskiy Ya. P., Dorokhov A. S. Digital technologies and robotic devices in the agriculture. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii = Agricultural Machinery and Technologies. 2021;15(4):6–10. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-4-6-10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.