Проекты

Автоматизированная мобильная система кормления крупного рогатого скота

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2107
Предметы: Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Животноводство – это очень важная отрасль не только сельскохозяйственного производства, но и народного хозяйства государства в целом. Необходимо осуществлять постоянное развитие отрасли животноводства в связи с быстрым ростом народонаселения Земли. Это возможно лишь при условии ускорения научно-технического прогресса, который, в свою очередь, требует широкомасштабного технологического и технического переоснащения производства, завершение комплексной механизации его на основе использования высокоэффективных комплектов машин и оборудования.

Автоматизация кормления позволит осуществить полнорационное кормление, что приведет к снижению затрат и удешевлению мясной продукции.

Существует два основных способа кормления крупного рогатого скота — нормированный и ненормированный. Первый из них применяют при привязном содержании животных, второй — при беспривязном содержании. При ненормированном способе обычно скармливают грубые корма.

Затраты труда на погрузку, транспортирование и раздачу кормов на фермах, несмотря на достаточно высокий уровень механизации, достигают 25 % общих затрат. Система машин, действующая на этих фермах, рассчитана на использование кормовых смесей трех основных видов:

1. Сухих гранулированных и брикетированных;

2. Полувлажных при сенажном кормлении;

3. Влажных при силосно-корнеплодном и сенажно-силосном кормлении.

Цель

Изучить способы кормления крупного рогатого скота с использованием автоматизированных мобильных систем. Разработать рабочий макет мобильного кормораздатчика

Задачи

  1. Определение конструктивной части:
    • метод дозировки корма,
    • механизм смешивания,
    • способ выгрузки смеси,
    • перемещение кормораздатчика,
  2. Определение необходимой материальной базы для создания рабочего макета.
  3. Выявление оптимальных условий дозирования для каждого вида корма и минеральных веществ.
  4. Расчет взаимосвязи показателей объема и веса для компонентов для выгрузки из контейнера.
  5. Разработка управляющей программы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • контроллер ArduinoMega2560
  • робототехнический конструктор VEX EDR
  • контейнеры для кормов
  • дозаторы контейнера
  • датчик позиционирования
  • моторы перемещения
  • датчик препятствий
  • смеситель
  • емкость для смешивания
  • привод конвейера
  • датчик, считывающий параметры животного

Описание

Для решения задачи автоматизации животноводческой фермы было решено использовать контроллер ArduinoMega2560, поскольку, достаточное количество PWM портов для подключения сервоприводов, а также большого числа датчиков и простоте использования. 

Опорные конструкции, и приводы использованы из робототехнического конструктора VEXEDR за счет из прочности и массогабаритных показателей. Что позволит создать прототип устройства, выполняющий поставленную задачу. Робот перемещается вдоль стойл, где расположены животные. На каждом стойле прикреплена метка, определяющая породу и вид животного. При обнаружении метки робот останавливается. Начинает движение по конвейеру емкость для смесей до датчика, который позиционирует емкость. В зависимости от метки готовится определенная смесь кормов. Ёмкость для смеси перемещается по конвейеру, в нее засыпается необходимые компоненты в необходимом количестве. Затем, когда смесь подготовлена, контейнер для смеси перемещается в зону смесителя, где происходит смешивание компонентов. И в конце приготовленная смесь высыпается в кормушку.

Результаты работы/выводы

Сконструирована автоматизированная мобильная система для кормления крупного рогатого скота состоящая из 3 дозаторов, 1 смесителя. Создана программа для управления системой кормления.

Мы изучили принципы и вопросы автоматизации кормежки крупного рогатого скота с использованием автоматизации производства. Была выявлена актуальность данного устройства и возможность его реализации в технологическом секторе сельского хозяйства.

При использовании данной системы кормления достигаются следующие преимущества:

1.       Уменьшение затрат на использование человеческого труда.

2.       Увеличение производительности труда, а также качества кормежки крупного рогатого скота, и, как следствие, увеличение удоев и выработки мяса.

3.       Появляется возможность расширения рациона питания на большой площади.

Перспективы использования результатов работы

Полученный прототип комплекса может быть предложен для использования в фермерских хозяйствах.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

Это был важный и интересный опыт работы над проектом. Приобретены навыки публичного выступления и защиты проекта. Спасибо школе и организаторам конференции за предоставленный опыт общения с учеными и сверстниками по материалам проекта.