Intelligence tractor autiomated ground leveling and implement systembased on hybrid control

Abstract

At present, one of the major problems in agriculture in Thailand is a shortage of agricultural workers since traditional agriculture is primarily labor intensive. The problem is acccelerated by higher labor costs while the birthrate has decreased. This leads to the decrease of replacement in agricultural workers and has direct impact on agricultural products. To solve the problems, modern agriculture can be applied with the objectives of making it possible to reduce production costs and increase agricultural production. Research on the steering control system for new modern tractor can be applied to drive the agricultural tractor without a driver. As a result, it can reduce labor costs because it can be self-driving and can work independently during the day and night according to the programmed instruction. Therefore, this research of modern technology has played an important role in solving the agricultural problems in Thailand. The three main objectives of this research are to: 1) design a new intelligent unmanned agricultural tractor for modern agriculture to reduce the reliance on labor to operate the tractor , 2) develop automatic steering equipment that can control steering wheel rotation automatically for new intelligent agricultural tractor, and 3) apply compass sensor for a new intelligent unmanned agricultural tractor guidance system. The methodology of this research is designing an automated navigation system for the modern agricultural tractor as the control method for steering automatically follows a predetermined straight route by using PID (Proportional-Integral-Derivative) control steering principles combined with Fuzzy Logic. The compass sensor and other devices were also applied for driving modern tractor. In this research, the steering system of the tractor was Bring a sensor to measure the steering angle by installing it on the steering column to detect signal from steering. The advantage of the encoder is that it can easily be acquired in Thailand and it is affordable. The compass naviation was used to design autonomous driving tractor steering wheel. The modules consist of mechanical component and Main Micro Controller for controlling the tractor steering motor. This research has fulfilled all of the proposed objectives by designing and developing an automatic steering equipment for new intelligent agricultural tractor steering control based on compass sensor and wheel rotation. This research also proposed PID Fuzzy hybrid controller to the tractor steering to get the target. The results showed the effectively controlled the path on pavement and fast tracking accuracy, the controller is the ideal for point-based application of Ackerman robots. The proposed algorithm has potential applications in the complex and harsh agricultural working environment for agricultural machinery.

ในปัจจุบันปัญหาสำคัญอย่างหนึ่งในการผลิตภาคเกษตรกรรมของประเทศไทยคือการขาดแคลนแรงงานคน และในขณะที่อัตราประชากรเกิดใหม่ที่เข้ามาแทนที่จึงทำให้แรงงานภาคเกษตรลดลง ส่งผลกระทบโดยตรงต่อผลผลิตทางการเกษตรทำให้เกิดปัญหาต้นทุนแรงงานที่สูงขึ้น การแก้ปัญหาดังกล่าวสามารถนาเทคโนโลยีในปัจจุบันนำมาประยุกต์ใช้ในรูปแบบการเกษตรสมัยใหม่โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้สามารถลดต้นทุนการผลิตและเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรได้ ดังนั้นการวิจัยระบบควบคุมการบังคับเลี้ยวสำหรับรถแทรกเตอร์การเกษตรสมัยใหม่เพื่อนำมาประยุกต์ใช้งานแบบไร้คนขับจึงเป็นวิธีการอย่างหนึ่งที่สามารถแก้ปัญหาดังกล่าวโดยสามารถช่วยลดต้นทุนแรงงานคน สามารถสั่งงานให้ทำงานได้อย่างอิสระทั้งกลางวันและกลางคืนตามโปรแกรมคำสั่งในชุดควบคุมส่วนกลาง ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีบทบาทในการแก้ปัญหาการเกษตรของประเทศไทย โดยในเนื้อหาของวิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์หลัก 3 ข้อดังนี้ 1) เพื่อออกแบบรถแทรกเตอร์การเกษตรไร้คนขับอัจฉริยะสำหรับการเกษตรสมัยใหม่เพื่อลดปัญหาแรงงานในการควบคุมรถแทรกเตอร์ 2) เพื่อพัฒนาอุปกรณ์บังคับเลี้ยวอัตโนมัติสำหรับรถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะสมัยใหม่ที่ควบคุมการหมุนพวงมาลัยได้อัตโนมัติ 3) เพื่อประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์เข็มทิศสำหรับนำมาประยุกต์ใช้เป็นระบบนำทางสำหรับรถแทรกเตอร์การเกษตรไร้คนขับอัจฉริยะ

ระเบียบวิธีวิจัยนี้เป็นการออกแบบระบบนำทางอัตโนมัติด้วยเซนเซอร์เข็มทิศสำหรับรถแทรกเตอร์การเกษตรสมัยใหม่ โดยใช้วิธีควบคุมการบังคับเลี้ยวโดยอัตโนมัติตามเส้นทางตรงที่กำหนดไว้ โดยใช้หลักการบังคับเลี้ยวแบบ PID (Proportional-Integral-Derivative) ร่วมกับ Fuzzy Logic ร่วมกับเซ็นเซอร์เข็มทิศและอุปกรณ์อื่นๆ ระบบบังคับเลี้ยวของรถแทรกเตอร์ได้ออกแบบการวัดมุมบังคับเลี้ยวโดยติดตั้งตัวเข้ารหัสชนิด Incremental Encoder บนชุดเฟืองบังคับเลี้ยว โดยตัวเข้ารหัสชนิดนี้มีข้อดีคือหาซื้อได้ง่ายและราคาถูกในประเทศไทย การออกแบบพวงมาลัยรถแทรกเตอร์ขับเคลื่อนอัตโนมัติโดยใช้เข็มทิศนำทาง ทำงานอัตโนมัติร่วมกับ พวงมาลัย ล้อหน้า และชุดควบคุมหลักซึ่งออกแบบระบบโดยใช้มอเตอร์กระแสตรงเพื่อใช้เป็นอุปกรณ์หลักบังคับเลี้ยวควบคุมด้วยไฟฟ้ากระแสตรง งานวิจัยนี้บรรลุวัตถุประสงค์หลัก 3 ข้อทั้งหมดโดยการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์บังคับเลี้ยวอัตโนมัติสำหรับการควบคุมบังคับเลี้ยวรถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะแบบใหม่โดยอาศัยเซ็นเซอร์เข็มทิศ โดยการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์บังคับเลี้ยวอัตโนมัติสำหรับการควบคุมบังคับเลี้ยวรถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะประยุต์ใช้งานด้วยระบบควบคุมการบังคับเลี้ยวแบบไฮบริด PID-Fuzzy Logic เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะเข้าสู่งเป้าหมายปลายทางที่กำหนดไว้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึมที่ควบคุมการเคลื่อนของรถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะบนสภาพเส้นทางที่กำหนดไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการตอบสนองที่รวดเร็ว ความเสถียรสูง ด้วยระบบควบคุม PID-Fuzzy Logic แบบไฮบริดจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่นำมาใช้งานควบคุมการเคลื่อนที่รถแทรกเตอร์การเกษตรอัจฉริยะตามทฤษฎีการเคลื่อนที่ของ Ackerman อัลกอริทึมสามารถประยุกต์ใช้ต่อไปในสภาพแวดล้อมการทำงานการเกษตรที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้น