Traktorok automatikus kormányzása

Átírás

1 Gépesítés, gépek ROVATVEZETŐ: Dr. Demes György Mezőgazdasági traktorok berendezései JANI Traktorok automatikus kormányzása Dr. Varga Vilmos SZIE Gépészmérnöki Kar, FOMI, Járműtechnika Tanszék, Gödöllő A traktor kormányzása a vezető elsődleges feladata közé tartozik. Az automatikus kormányzás alkalmazása elősegíti a jó minőségű mezőgazdasági munkavégzést és mérsékli a traktoros leterhelését. A traktorok és mobil mezőgazdasági gépek automatikus kormányzásával javul a munkaszélesség kihasználása, csökken a növényzet sérülésének lehetősége, nő a területteljesítmény, csökken az üzemanyag-felhasználás. A precíziós gazdálkodás megvalósításában az automatikus kormányzás, a műholdas navigációs technika alkalmazása új lehetőségeket teremtett a gépek hatékony működtetésének elérésében. Szervo kormányzás A traktort kormányzó vezetőre a kormánykerék elforgatásához szükséges erőkifejtés mellett nagyfokú szellemi figyelem is társul. A traktoros munkáját jelentősen könnyítette az általánosan elterjedt szervo kormányzási rendszer alkalmazása. A szervo kormány kormánykerekét kis nyomatékkal, kis kézi erővel lehet a szükséges mértékben elmozdítani. Másrészről a traktoros szellemi tevékenysége jelentős mértékben megnövekedett, a precíziós mezőgazdasági termelés megvalósítása, a munkagépek működésének vezérlése és ellenőrzése miatt. A közelmúltban megjelenő automatikus kormányzási megoldások alkalmazása hozzájárul a traktoros, a kombájnos leterhelésének mérsékléséhez. és a precíziós gazdálkodás Az automatikus kormányzás, a műholdas navigációs technika alkalmazása új lehetőségeket teremtett a gépek hatékony működtetésének elérésében, a precíziós gazdálkodás biztosításában, traktoros munkájának könnyítésében. A precíziós gazdálkodás olyan műszaki, informatikai, információs technológiai és termesztéstechnológiai alkalmazások összessége, amelyek hatékonyabbá teszik a szántóföldi növénytermesztést, valamint a mezőgazdasági gépüzemszervezést. A precíziós gazdálkodás elsősorban az alapanyagok takarékos és hatékony alkalmazását biztosítja. A gépek közötti átfogó és gördülékeny adatcsere az ISOBUS szabvány alapján történik (ISO ). A gazdaság irodai számítógépén tervezett alkalmazási munkatérkép egy pendrive, vagy a farmpilot segítségével jut- 8

2 1. kép Dörzskerekes elsőgenerációs kormányautomatika (Forrás: 2. kép Fogaskerék hajtású második generációs kormányautomatika tatható a gép monitorjára, az ISO- BUS terminálra. A traktoros, ha a kellő ismeretekkel rendelkezik, akkor saját maga is programozhatja az erőgép és a munkagép tevékenységét. Az elektronikus vezérlés és szabályozás a szántóföldön a gép helyi pozícióinak megfelelően fogja a tervezett alapanyagok mennyiségét kijuttatni. A ténylegesen felhasznált, kijuttatott anyagok mennyiségének mérése után az adatok pendrive segítségével vihetők át a táblatörzskönyvbe, ahol azok dokumentálhatók. Az ISO- BUS rendszerben lehetőség nyílik a tápanyagigény meghatározására online-szenzorok alkalmazásával. A műholdas navigáció segítségével az automatikus kormányrendszerek mindig a kívánt és beprogramozott nyomvonalon tartják a traktort, a kombájnt és egyéb mezőgazdasági mobilgépet. Segítségükkel a munkavégzés során az emberi hibák elkerülhetők, könynyedén és nagy pontossággal végezhető el a legkényesebb mezőgazdasági munka is. A mezőgazdasági erőgépek automatikus kormányrendszerei két nagy csoportba sorolhatók úgy, mint a kormánykereket elmozdító kormányautomatikára és a kormányzott kerekeket elfordító robot-kormányműre. Az utóbit robotpilóta-rendszereknek is nevezik. Mindkét rendszer a műholdak jelvevő elektronikájával feldolgozott jelek alapján navigálja az erőgép kormányzását, de működésük között jelentős különbség van. Kormányautomatika A kormányautomatika szervokormánnyal rendelkező erőgéphez alkalmazható. Az első generációs megoldás esetében a kormányoszlopra, illetve a kormánykerékre szerelt dörzskerekes szervomotoros mozgató mechanizmust alkalmaznak (1. kép). A dörzskerék a kormánykereket mozgatva végzi a kormányzás vezérlését, korrekcióját. Az automatikus kormányzást biztosító dörzskerekes megoldás a teljes gépparkhoz rugalmas megoldást kínál. Könnyen áthelyezhető az egyik gépről a másikra, maga az átszerelés egyszerű és gyors. A korrekciós jelek közül a műholdas 3. kép Kormányautomatika fogaskoszorú felszerelése a kormánykerékre jelfeldolgozó elektronika típusától függően az ingyenes EGNOS-jeltől az RTK-pontosságig bármelyik jel használható. A második generációs kormányautomatikánál a kormánykerék hajtása megváltozott. A kormányoszlophoz rögzített szervo kormánymotor a kormánykerékre szerelt fogaskoszorún keresztül mozgatja a kormánykereket (2. kép) a műholdas jelfeldolgozó elektronika vezérlése alapján. A kompakt kormányautomatika berendezés villanymotorja a fogaskerék hajtás révén pontosabb és gyorsabb mozgatásra képes, mint a dörzskerekes szervomotoros rendszer. A kormányautomatika rendszer több erőgép típushoz használható és könnyen egyik gépről a másikra átszerelhető (3. és 4. kép). A forgalmazott rendszerek területén számos termék létezik. 9

3 4. kép Kompakt szervomotor felszerelése a kormányoszlopra Robot-kormánymű A robot-kormánymű (robotpilóta-rendszer) automatikusan a kormányzott kerekeket elfordító szervóberendezésen mechanizmuson keresztül végzi a traktor kormányzását. Ez a legpontosabb megoldás az automatikus kormányzás terén. A rendszer közvetlenül hozzáfér a kormányhidraulikához, így pontosan tudja kormányozni és nyomvonalon tartani a gépet. A traktor, ha elhagyja a vezérlő elektronikába beprogramozott ideális haladási vonalat, akkor a rendszer automatikusan korrigálja az irányt. A robot-kormánymű rendszer műholdas helymeghatározás (GPS) által szolgáltatott jelek feldolgozása alapján valósítja meg a traktor navigálását. Ez a rendszer az automatikus kormányzási korrekciót a hidrosztatikus kormányrendszerbe épített hidraulikus vezérlőszelepek működtetésével végzi. A robot-kormányművek egyértelmű előnye a kormányautomatikákkal szemben, hogy sokkal pontosabban és gyorsabban reagálnak a korrekciós jelekre. A robot-kormánymű pontosan tudja kormányozni és nyomvonalon tartani a traktort. Az ilyen berendezést elsősorban a ±2-3 cm korrekciós jelpontosságú RTK navigációs rendszerhez ajánlják, mivel az ilyen pontosság mellett lehet igazán kihasználni a robot-kormánymű előnyeit. A robot-kormánymű például a sávművelés technológia elengedhetetlen eszköze. Ezeknél a termesztési rendszernél csak nagypontosságú haladási iránytartással garantálható a hely specifikus pontos talajművelés, vetés, tápanyag-visszapótlás, növényvédelem, aminek jelentősége a költségtakarékosság mellett a célra orientált és környezetkímélő művelésben mutatkozik meg. Robot-kormányművel (robotpilóta-rendszerrel) a mai nagyteljesítményű traktorokat már egyre inkább gyárilag szerelik fel. A traktorgyártok úgynevezett robot-kormányműre előkészített traktor típust is értékesítenek, ahol a hidraulikus vezérlőszelepek, kerékszögszenzorok be vannak építve a kormányrendszerbe, de hiányzik a műholdas jelkiértékelő és a vezérlő elektronika (5. kép) A régebbi évjáratú hidraulikus szervokormány-rendszerrel szerelt traktora általában utólag is felszerelhető a robot-kormánymű. Ebben az esetben a hidraulikus vezérlőszelepeket, egyéb rendszerelemeket utólag kell beépíteni a traktor kormány rendszerébe (6. kép). A beépítés és kalibrálás általában 1-2 napot vesz igénybe. A robot-kormánymű (robotpilóta-rendszer) kezelése igen egyszerű, hiszen a monitor kezelőfelülete közel azonos a sorvezetőével, ezért könnyedén elsajátítható a különböző funkciók beállítása, beprogramozása. Miután a művelési irány beállításra került, elegendő a traktort nagyjából irányba állítani és egy gombnyomással át lehet adni az irányítást robot-kormányműnek. A modern robotpilóta-rendszerek már alkalmasak az összes szántóföldi munkában segíteni az önálló kormányzást, nemcsak a traktor, hanem a munkagép esetében is. Munkagépkormányzás Nagyobb mértékű keresztirányú lejtés esetén a munkagépek a legprecízebb kormányzás ellenére is elsodródhatnak. Ha ez például kapás 5. kép Előkészített robot-kormánymű CAN-BUSZ vezérlő egysége 6. kép Az előre nem kialakított robot-kormánymű elektro-hidraulikus szeleprendszere 10

4 7. kép TOPCON automatikus kormányzás részegységei 1. AES-25 kormányautomatika; 2. AGI-4 antenna; 3. X25 monitor (Forrás: növények vetésekor jelentkezik, akkor ez gondot okoz a sorközművelésénél, és a betakarításnál. Van olyan robot-kormánymű rendszer, amely a traktorok mellett a munkagépeket is képesek kormányozni. A passzív munkagépkormányzásnál a munkagépről érkező GPS-adatok alapján korrigálja a robot-kormánymű a traktor haladását, annak érdekében, hogy a munkagép nyomvonalon tartása lehetőleg kielégítő legyen. Az aktív munkagépkormányzás egymástól függetlenül, aktívan kormányozza a traktort és a munkagépet, így mind a traktor, mind a munkagép pontosan a kívánt nyomvonalon halad. Ez eredményesen használható például sorközművelésnél is, ahol a passzív munkagépkormányzást használó traktor taposási kárt okozna. A munkagépre ez esetben lényegében egy komplett robotpilóta-rendszer kerül kiépítésre. A tényleges kormányzást a munkagép kormányműve a farkerékkel, a fartárcsákkal, vagy az eltolható felfüggesztéssel stb. végzi. A 7. képen például egy TOPCON automatikus kormányzási rendszerhez szükséges főegységek láthatók: AES-25 kormányautomatika, AGI-4 antenna, X25 monitor. Az AES-25 kormányautomatika szervokormánnyal ellátott traktor esetén gyors, rugalmas és megbízható automatikus kormányzást biztosít. Nagy nyomatékú, csendes működésű szervomotor a hozzátartozó elektronikus vezérléssel biztosítja a pontos kormányzást. Az AGI-4 antenna összetett készülék, nemcsak a műhold jelét, hanem a korrekciót szolgáltató földi bázisállomás jelét is veszi. A készülék a vett jeleket feldolgozza és ellátja az automatikus kormányzás felügyeletét, szabályozását is. Az X25 monitorral valósítható meg a teljes körű gépvezérlés, a munkatérkép rendszerbe vitele és tárolása, az automatikus kormányzási módok (vezetési módok) beállítása, a munkavégzés adatainak rögzítése stb. Az X25 jellemzői a felhasználóbarát képernyőn megjelenő navigációs menük, mini nézetek, a felhasználó által konfigurálható felület. Ez a berendezés egyszerre három különálló funkciót képes megjeleníteni a képernyőn, és strapabíró, megbízható, könnyű használni, valamint ISO kompatibilitást is kínál. Természetesen a mai nagy pontosságú automatikus kormányrendszerek további kiegészítő elektronikus egységgel is rendelkeznek. A traktor antennájával vett helymeghatározást a gép dőlése esetén kompenzálni szükséges (1. ábra). A dőlésérzékelők alkalmazása mellett a munkagép kormányzásának folyamatosan korrigálására függőleges tengely körüli elfordulás érzékelőt is használnak. i (vezetési) módok A traktor automatikus iránytartása attól függ, hogy a kormányvezérlő elektronikájába milyen programot írtak be. A szokásos beprogramoz- vezérlése A traktor automatikus kormányzásának megvalósításához a kormányautomatikán, vagy a robot-kormányműn kívül szűkség van vezérlő elektronikára, helymeghatározó műhold jeleit vevő és azt feldolgozó berendezésre is. A felhasználó számára számos rendszert és egyedi terméket kínálnak a gyártók. 1. ábra Helymeghatározás kompenzálásának szükségszerűsége, a traktor dőlése esetén 11

5 2. ábra Programozható vezetési módok 3. ábra Az maxi-net korrekciós jelszolgáltatás működésének vázlata (Forrás: ható vezetési módokat, útvonal lehetőségeket a 2. ábra szemlélteti. A sokféle lehetőség biztosítja, hogy a terület körüljárására és a teljes terület bejárására is rendelkezésre álljon a megfelelő vezetési mód. Emellett létezik egy teljesen rugalmas vezetési mód is, mely a legutoljára végigjárt nyomvonalat rögzíti. Ehhez viszonyítva jelenik meg vagy járható végig a következő nyomvonal. pontossága A mezőgazdaság különféle műhold jeleket használhat. Az ingyenesen hozzáférhető műhold jelek alkalmazása például ±15-25 cm pontosságú automatikus kormányzást biztosit. Ilyen esetben a költségmegtakarítás alig jelentkezik, a beruházási költségek nem, vagy csak 5-8 évnél hosszabb idő után térülnek meg. Az automatikus kormányzásban rejlő gazdasági lehetőségek kiaknázásához az ingyenesen elérhető műhold jeleken kívül úgynevezett földi korrekciós jelszolgáltatásra, RTK jelekre is szükség van. Az RTK korrekciós rendszerrel vezérelt automatikus kormányzás ±2-3 cm sorcsatlakozási és visszatérési pontossággal követi a beprogramozott haladási irányt. Ilyen pontosság mellett elérhető megtakarítások révén a nagyobb költséggel kiépített rendszer a nagyüzemben egy éven belül megtérül. Az RTK korrekciós jelek vagy a mezőgazdasági tábla szélén elhelyezett saját bázisállomásról, vagy egy szolgáltató bázisállomásairól vehetők helyileg. A saját bázisállomás jelentős beruházást igényel, a szolgáltatótól viszont kedvező havidíj ellenében elérhető az RTK korrekciós jel. Magyarországon több RTK jelszolgáltató található. A KITE Zrt. Európában egyedülálló RTK hálózattal rendelkezik 2010 óta. A partnerek számára ez a hallózat a John Deere prémium traktorok (AutoTrac) automatikus kormányzásához biztosít korrekciós jeleket. A legújabb hazai gép- és eszközfüggetlen RTK korrekciós rendszerszolgáltatást az AXIÁL január 1-jével indította el, maxi-net elnevezéssel. A maxi-net bázisállomások segítségével hálózatba kötött RTK rendszer, amely nagy pontosságú korrekciós jelet képes küldeni, az ennek vételére alkalmas GPS eszköz számára. A rendszer nemzetközi szabványnak megfelelő RTCM jelformátumának köszönhetően sok gyártó előtt nyílik meg a maxi-net használata, függetlenül az adott gazdaságban üzemeltetett gépek és eszközök márkájától, típusától. A maxi-net működése röviden a következőkben foglalható össze (3. ábra): 1. A GPS automata kormányzási rendszerrel felszerelt erőgép elküldi pozícióját a bajai központi szerverhez. 2. A szerveren futó szoftver megvizsgálja, melyik bázisállomás van legközelebb az erőgéphez és annak a bázisállomásnak az adatait felhasználva korrekciós jelet küld az erőgép GPS készüléke számára. 3. A korrekciós jel mobilhálózaton keresztül jut másodpercenként a felhasználóhoz, amit az automata-kormányzási rendszer feldolgoz és ±2-3 cm pontossággal vezérli a gépet. * A traktor automatikus kormányzása gazdasági versenyelőnyt jelent a hagyományos kormányzási megoldásokkal szemben, megbízhatóbbá teszi a precíz navigációs feladatok végrehajtását, elősegíti az új precíziós mezőgazdasági technológiák használatát. 12