شبیه‌سازی و ارزیابی حرکت قایق ربات خودران

ماشین های کشاورزی

مقاله 3، دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 22، 1400، صفحه 161-171  

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v11i2.78325

نویسندگان

حمید عبدالملکی؛ علی جعفری ؛ حسین موسی زاده؛ علی حاجی احمد

گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

با توجه به نیاز بیشتر جمعیت رو به افزایش جهان به مواد غذایی، محققان به دنبال افزایش تولید کمی و کیفی محصولات با گرایش به سمت پایش برخط، کنترل هوشمند تجهیزات و بررسی کیفیت محصولات کشاورزی به‌خصوص در زمینه پرورش آبزیان هستند. در این پژوهش شبیه‌سازی یک قایق خودران مدل انجام شده است تا کنترل این نوع از شناورها را در محیط‌های مختلفی مانند اسکله‌ها، سد‌ها، بنادر، رودخانه‌ها، زیست‌بوم‌های آبی و مزارع پرورش آبزی انجام داده و امکان بررسی و پایش وضعیت زیست‌محیطی، عمق آب و شاخصه‌های مورد نیاز دیگر را فراهم آورد. موقعیت و زاویه حرکت قایق با استفاده از داده‌های GPS و IMU تعیین شده است. مدل سیالاتی و نیرویی قایق به کمک ضرایب هیدرودینامیکی و آئرودینامیکی ارائه و در محیط متلب به کمک رانگ کوتای کلاسیک (RK4) شبیه‌سازی شده است. برای ارزیابی عملکرد قایق ربات خودران، یک مسیر مستطیل شکل با طول 20 متر در عرض 15 متر در یک استخر انتخاب شد و 4 گوشه این مستطیل به‌عنوان نقطه مسیر به سامانه ناوبری معرفی گردید. بیشینه خطای موقعیت مکانی عرضی و طولی قایق ربات خودران به‌ترتیب cm 135 و cm 149 محاسبه شد. همچنین در آزمون کنترلر PID سرعت پیشروی با سرعت تنظیمی cm s^-1 40 میانگین و انحراف معیار به‌ترتیب cm s^-1 40 و  cm s^-12 به‌دست آمد. مسیر حرکت قایق تقریباً بر روی مسیر شبیه‌سازی شده قرار داشت و نتایج به‌دست آمده از دقت خوب این مدل حکایت دارد.

کلیدواژه‌ها

سامانه موقعیت‌یاب جهانی؛ شبیه‎سازی سیالاتی؛ قایق ربات خودران؛ مزرعه پرورش آبزیان؛ واحد اندازه‌گیری ماند

مراجع

1. Escudier, M. 2018. Introduction to engineering fluid mechanics, Oxford University Press, Oxford.

2. Goli, H., S. Minaee, A. Jafari, A. Keyhani, A. Hajiahmad, H. Abdolmaleki, and A. Mohammad Borghaee. 2014. Comparison of four different methods for agricultural positioning using GPS and IMU. Journal of Agricultural Machinery 4 (2): 285-95. (In Farsi).

3. Im, N. K., and V. S. Nguyen. 2017. Artificial neural network controller for automatic ship berthing using head-up coordinate system. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering.

4. Kaizu, Y., M. Iio, H. Yamada, and N. Noguchi. 2011. Development of unmanned airboat for water-quality mapping. Biosystems Engineering 109 (4): 338-47.

5. Kreyszig, E., H. Kreyszig, and E. J. Norminton. 2011. Advanced engineering mathematics, Wiley, [Hoboken, NJ].

6. Lee, S. D., C. H. Yu, K. Y. Hsiu, Y. F. Hsieh, C. Y. Tzeng, and Y. Z. Kehr. 2010. Design and experiment of a small boat track-keeping autopilot. Ocean Engineering 37 (2): 208-17.

7. Li, C. Y., and E. Weeks. 2009. Measurements of a small scale eddy at a tidal inlet using an unmanned automated boat. Journal of Marine Systems 75 1-2: 150-62.

8. Melo, M., F. Mota, V. Albuquerque, and A. Alexandria. 2019. Development of a Robotic Airboat for Online Water Quality Monitoring in Lakes. Robotics 8 1: 19.

9. Minorsky. N. 1922. Directional Stability of Automatically Steered Bodies. Journal of the American Society for Naval Engineers 34 (2): 280-309.

10. Mousazadeh, H., H. Jafarbiglu, H. Abdolmaleki, E. Omrani, F. Monhaseri, M. R. Abdollahzadeh, A. Mohammadi-Aghdam, A. Kiapei, Y. Salmani-Zakaria, and A. Makhsoos. 2018. Developing a navigation, guidance and obstacle avoidance algorithm for an Unmanned Surface Vehicle (USV) by algorithms fusion. Ocean Engineering 159: 56-65.

11. Mousazadeh, H., H. Jafarbiglu, E. Omrani, F. Monhaseri, A. Kiapei, Y. Salmani-Zakaria, and A. Makhsoos. 2017. Experimental evaluation of a hydrography surface vehicle in four navigation modes. Journal of Ocean Engineering and Science 2 (2): 127-36.

12. Singh, A., M. J. Stealey, V. Chen, W. J. Kaiser, M. Batalin, Y. Lam, B. Zhang, A. Dhariwal, C. Oberg, A. Pereira, G. S. Sukhatme, B. Stauffer, Moorthi Stefanie, D. Caron, and M. Hansen. 2007. Human assisted robotic team campaigns for aquatic monitoring. Journal of Field Robotics 24 11‐12: 969-89.

13. Singh, K., J. Worley, and M. Risse. 2008. Sludge Measurement Using Global Positioning System (GPS) Enabled Sonar Equipped Airboat in a Lagoon. Applied Engineering in Agriculture 24 (5): 603-09.

14. Twichell, D. C., B. D. Andrews, H. L. Edmiston, and W. R. Stevenson. 2007. Geophysical mapping of oyster habitats in a shallow estuary; Apalachicola Bay, Florida, Apalachicola Bay, Florida. U.S. Geologicaln Survey Open-File Report.