agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2022.23.1.117-125agronauka-945Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: MECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATIONИмитационное моделирование роботизированного устройства для обслуживания кормового стола на животноводческих комплексах КРСSimulation of a robotic device for maintenance of the feed table at cattle breeding complexeshttps://orcid.org/0000-0003-0918-2990НикитинЕ. А.NikitinE. A.

 аспирант, младший научный сотрудник

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

 postgraduate, junior researcher

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

evgeniy.nicks@yandex.ruФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»РоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation202225022022231117125Copyright © Никитин Е.А., 20222022Никитин Е.А.Nikitin E.A.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/945

Настоящее исследование проведено в 2020-2021 гг. В ходе выполнения работы проанализирована российская и зарубежная литература, посвященная технологическим особенностям кормления крупного рогатого скота, исследован опыт производства технических средств для кормления КРС молочного и мясного животноводства компаниями АО «Слободской МСЗ», Wasserbauer, Delaval, Afimilk, GEA Farm, Lely и др. Исследование направлено на имитационное моделирование роботизированного устройства для обслуживания кормового стола на животноводческих комплексах с использованием инструментов Simulink в среде Matlab, чтобы облегчить модернизацию устройства или оптимизировать стоимость элементов системы и снизить производственные затраты. На этапе проектирования робота произведен кинематический анализ движения с построением математических зависимостей и отображением расчетной схемы. Для описания динамических характеристик устройства использовали уравнение Аппеля, представленное в матричной форме, теоретически была задана траектория перемещения робота и отслежено отклонение его центра масс от реперных точек. Максимальный уровень отклонения составил 0,03 м. На основе имитационной модели был разработан экспериментальный образец с управляемым дозатором кормовых добавок, который может значительно облегчить процесс кормления и оптимизировать дозирование концентрированных добавок. В настоящее время экспериментальный образец готовится к испытанию на молочной ферме.

This study was conducted in 2020-2021. During the research, the Russian and foreign literature devoted to the technological features of cattle feeding was analyzed, the experience of the production of technical facilities for feeding dairy and meat cattle by the companies of JSC "SMZ-Slobodskoy", Wasserbauer, Delaval, Afimilk, GEA Farm, Lely, etc. was studied. This research is aimed at simulation modeling of a robotic device for feed table maintenance at livestock complexes, using Simulink tools in the Matlab environment, in order to facilitate the modernization of the device or optimize the cost of system elements and reduce production costs. At the stage of designing the robot, a kinematic analysis of motion was performed with the construction of mathematical dependencies and displaying of the calculation scheme. To describe the dynamic characteristics of the device, the Appel equation was used, presented in matrix form, the trajectory of the robot's movement was theoretically set, and the deviation of its center of mass from the reference points was tracked. The maximum deviation level was 0.03 m. Based on the simulation model, an experimental sample with a controlled feed additive dispenser was developed, which can significantly facilitate the feeding process and optimize the dosing of concentrated additives. Currently, the experimental sample is being prepared for testing on a dairy farm.

цифровое животноводствосистемы автоматизированного кормленияоборудование для кормления КРСроботизация животноводстваdigital animal husbandryautomated feeding systemscattle feeding equipmentrobotization of animal husbandryРабота выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (тема № 0581-2021-0009).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 Federal Scientific Agroengineering Center VIM (theme No. 0581-2021-0009).ReferencesNabokov V. I., Novopashin L. A., Denyozhko L. V., Sadov A. A., Ziablitckaia N. V., Volkova S. A., Speshilova I. V. Applications of feed pusher robots on cattle farmings and its economic efficiency. International transaction journal of engineering management & applied sciences & technologies. 2020;11(14):11A14D. DOI: https://doi.org/10.14456/itjemast.2020.270Nabokov V. I., Novopashin L. A., Denyozhko L. V., Sadov A. A., Ziablitckaia N. V., Volkova S. A., Speshilova I. V. Applications of feed pusher robots on cattle farmings and its economic efficiency. International transaction journal of engineering management & applied sciences & technologies. 2020;11(14):11A14D. DOI: https://doi.org/10.14456/itjemast.2020.270Bargo F., Muller L. D., Delahoy J. E., Cassidy T. W. Milk response to concentrate supplementation of high producing dairy cows grazing at two pasture allowances. Journal of dairy science. 2002;85(7):1777-1792. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(02)74252-5Bargo F., Muller L. D., Delahoy J. E., Cassidy T. W. Milk response to concentrate supplementation of high producing dairy cows grazing at two pasture allowances. Journal of dairy science. 2002;85(7):1777-1792. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(02)74252-5Никитин Е. А. Система роботизированного обслуживания кормового стола на животноводческих комплексах. Техника и оборудование для села. 2020;(6 (276)):26-30. DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2020-6-26-30Nikitin E. A. Sistema robotizirovannogo obsluzhivaniya kormovogo stola na zhivotnovodcheskikh kompleksakh. [Food table robotic maintenance system at animal production units]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela = Machinery and Equipment for Rural Area. 2020;(6 (276)):26-30. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.33267/2072-9642-2020-6-26-30Bach A., Cabrera V. Robotic milking: Feeding strategies and economic returns. Journal of dairy science. 2017;100(9):7720-7728. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-11694Bach A., Cabrera V. Robotic milking: Feeding strategies and economic returns. Journal of dairy science. 2017;100(9):7720-7728. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-11694Кузьмина И. Ю., Игнатович Л. С. Обогащение рационов молодняка крупного рогатого скота натуральной биологически активной кормовой добавкой. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(1):94-103. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.1.94-103Kuzmina I. Yu., Ignatovich L. S. Obogashchenie ratsionov molodnyaka krupnogo rogatogo skota natural'noy biologicheski aktivnoy kormovoy dobavkoy. [Enriching the diets of young cattle with a natural biologically active feed additive]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(1):94-103. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.1.94-103Каракчиева Е. Ф., Лобанов А. Ю. Создание травосмесей для повышения продуктивности и питательной ценности в полевом кормопроизводстве в условиях Республики Коми. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2017;(4):30-32. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2017.59.4.30-32Karakchieva E. F., Lobanov A. Yu. Sozdanie travosmesey dlya povysheniya produktivnosti i pitatel'noy tsennosti v polevom kormoproizvodstve v usloviyakh Respubliki Komi. [Creation of grass mixtures for increasing productivity and nutritional value in the field fodder production in conditions of Republic of Komi]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2017;(4):30-32. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2017.59.4.30-32Miller-Cushon E. K., DeVries T. J. Feed sorting in dairy cattle: Causes, consequences, and management. J. Dairy Sci. 2017;100(5):4172-4183. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-11983Miller-Cushon E. K., DeVries T. J. Feed sorting in dairy cattle: Causes, consequences, and management. J. Dairy Sci. 2017;100(5):4172-4183. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2016-11983Bloch V., Levit H., Halachmi I. Assessing the potential of photogrammetry to monitor feed intake of dairy cows. Journal of Dairy Research. 2019;86(1):34-39. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022029918000882Bloch V., Levit H., Halachmi I. Assessing the potential of photogrammetry to monitor feed intake of dairy cows. Journal of Dairy Research. 2019;86(1):34-39. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022029918000882Halachmi I., Meir Y. B., Miron J., Maltz E. Feeding behavior improves prediction of dairy cow voluntary feed intake but cannot serve as the sole indicator. Animal. 2016;10(9):1501-1506. DOI: https://doi.org/10.1017/S1751731115001809Halachmi I., Meir Y. B., Miron J., Maltz E. Feeding behavior improves prediction of dairy cow voluntary feed intake but cannot serve as the sole indicator. Animal. 2016;10(9):1501-1506. DOI: https://doi.org/10.1017/S1751731115001809Никитин Е. А., Семенюк В. С. Анализ проблем эффективного приготовления кормовой смеси в современном животноводстве. Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2019;(2 (34)):158-163. Режим доступа: http://imzhpro.ru/wp-content/uploads/n34.pdfNikitin E. A., Semenyuk V. S. Analiz problem effektivnogo prigotovleniya kormovoy smesi v sovremennom zhivotnovodstve. [Analysis of feed mixture effective preparation’s problems in the modern farming]. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. 2019;(2 (34)):158-163. (In Russ.). URL: http://imzhpro.ru/wp-content/uploads/n34.pdfНикитин Е.А. Технико-технологический анализ систем приготовления кормовой смеси для КРС. Инновации в сельском хозяйстве. 2019;(2(31)):53-61. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=38583647Nikitin E. A. Tekhniko-tekhnologicheskiy analiz sistem prigotovleniya kormovoy smesi dlya KRS. [Technological analysis of systems of preparation of feed mixtures for cattle]. Innovatsii v sel'skom khozyaystve. 2019;(2(31)):53-61. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38583647Dorokhov A. S., Sibirev A. V., Aksenov A. G. Dynamic systems modeling using artificial neural networks for agricultural machines. Inmateh-Agricultural Engineering. 2019;58(2):63-74. URL: https://oaji.net/articles/2019/1672-1567792772.pdfDorokhov A. S., Sibirev A. V., Aksenov A. G. Dynamic systems modeling using artificial neural networks for agricultural machines. Inmateh-Agricultural Engineering. 2019;58(2):63-74. URL: https://oaji.net/articles/2019/1672-1567792772.pdfRumba R., Nikitenko A. Development of free-flowing pile pushing algorithm for autonomous mobile feed-pushing robots in cattle farms. Engineering for Rural Development. 2018. pp. 958-963. DOI: https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N477Rumba R., Nikitenko A. Development of free-flowing pile pushing algorithm for autonomous mobile feed-pushing robots in cattle farms. Engineering for Rural Development. 2018. pp. 958-963. DOI: https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N477Грибков А. М., Шилин Д. В. Математическое моделирование манипулятора типа трипод на базе бесштоковых пневматических приводов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011;(9):3-10. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=17051611Gribkov A. M., Shilin D. V. Matematicheskoe modelirovanie manipulyatora tipa tripod na baze besshtokovykh pnevmaticheskikh privodov. [Mathematical modelling of tripod type manipulator based on rodless pneumatic actuators]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie = BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2011;(9):3-10. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17051611Tsai S. H., Kao L. H., Lin H. Y., Lin T. C., Song Y. L., Chang L. M. A sensor fusion based nonholonomic wheeled mobile robot for tracking control. Sensors. 2020;20(24):7055. DOI: https://doi.org/10.3390/s20247055Tsai S. H., Kao L. H., Lin H. Y., Lin T. C., Song Y. L., Chang L. M. A sensor fusion based nonholonomic wheeled mobile robot for tracking control. Sensors. 2020;20(24):7055. DOI: https://doi.org/10.3390/s20247055Wang F. J., Qin Y., Guo F., Ren B., Yeow J. T. W. Adaptive visually servoed tracking control for wheeled mobile robot with uncertain model parameters in complex environment. Complexity. 2020;2020:8836468. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/8836468Wang F. J., Qin Y., Guo F., Ren B., Yeow J. T. W. Adaptive visually servoed tracking control for wheeled mobile robot with uncertain model parameters in complex environment. Complexity. 2020;2020:8836468. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/8836468Xin L. J., Wang Q. L., She J. H., Li Y. Robust adaptive tracking control of wheeled mobile robot. Robotics and Autonomous Systems. 2016;78:36-48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.robot.2016.01.002Xin L. J., Wang Q. L., She J. H., Li Y. Robust adaptive tracking control of wheeled mobile robot. Robotics and Autonomous Systems. 2016;78:36-48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.robot.2016.01.002Shtessel Y., Taleb M., Plestan F. A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application. Automatica. 2012;48(5):759-769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2012.02.024Shtessel Y., Taleb M., Plestan F. A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application. Automatica. 2012;48(5):759-769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2012.02.024

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