agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2024-1-11-17agroengineering-727Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АПКFARM MACHINERY AND TECHNOLOGIESПерспективы роботизации процессов внутрипочвенного полива и подкормки растенийRobotization prospects for subsurface irrigation and fertilization of plantshttps://orcid.org/0000-0001-6398-4463ФедоренкоВ. Ф.FedorenkoV. F.

Вячеслав Филиппович Федоренко, академик РАН, д‑р техн. наук, главный научный сотрудник

109428

1‑й Институтский проезд, 5

Москва

Vyacheslav F. Fedorenko, Full Member of the Russian Academy of Sciences, DSc (Eng), Chief Researcher

109428

5, 1st Institutsky Proezd Str.

Moscow

vim@vim.ruhttps://orcid.org/0009-0008-6286-2374ХаритоновМ. П.KharitonovM. P.

Максим Петрович Харитонов, аспирант, специалист

109428

1‑й Институтский проезд, 5

Москва

Maksim P. Kharitonov, postgraduate student

5, 1st Institutsky Proezd Str.

Moscow

kharitonov.maksim@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9992-1261СмирновИ. Г.SmirnovI. G.

Игорь Геннадьевич Смирнов, д‑р техн. наук, заведующий отдела

109428

1‑й Институтский проезд, 5

Москва

Igor G. Smirnov, DSc (Eng), Head of Department

5, 1st Institutsky Proezd Str.

Moscow

rashn-smirnov@yandex.ruАристовЭ. Г.AristovE. G.

Эдуард Георгиевич Аристов, канд. физ.–мат. наук, научный сотрудник

109428

1‑й Институтский проезд, 5

Москва

Eduard G. Aristov, PhD (Phys‑Math), Research Engineer

5, 1st Institutsky Proezd Str.

Moscow

mgp1947@mail.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2024080220242611117Copyright © Федоренко В.Ф., Харитонов М.П., Смирнов И.Г., Аристов Э.Г., 20242024Федоренко В.Ф., Харитонов М.П., Смирнов И.Г., Аристов Э.Г.Fedorenko V.F., Kharitonov M.P., Smirnov I.G., Aristov E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/727

   При внутрипочвенном поливе и внесении удобрений ручные и механизированные гидробуры характеризуются большими трудозатратами и невысоким качеством выполнения технологических операций. Оптимизация и совершенствование процессов внутрипочвенного полива и подкормки растений с использованием роботизированных технологий позволят обеспечить более эффективное и точное воздействие на корневую систему растений. С целью поиска перспектив и возможностей роботизации процессов внутрипочвенного полива и подкормки растений авторами проведён анализ текущих тенденций и предпосылок роботизации процесса внутрипочвенного полива. На основании научных статей, патентов и технических отчётов исследованы технические аспекты и предложена принципиальная схема автоматизированного модуля роботизированной платформы для внутрипочвенного полива и подкормки растений. Установленный на роботизированной платформе гидробур оборудован средствами технического зрения для картографирования и автономного ориентирования в саду, а также пневмоцилиндром, что позволяет использовать его на тяжёлых почвах, осуществлять заглубление с помощью воздуха. Роботизированное устройство может в течение продолжительного времени по заданному алгоритму точно и аккуратно вносить воду и удобрения. Его применение позволяет снизить трудозатраты и повысить качество внутрипочвенного полива и подкормки. Применение роботизированных гидробуров расширяет возможности подпочвенного очагового воздействия на корневую систему растений, способствует улучшению климата почвы, формированию архитектуры корневой системы.

   In subsurface irrigation and fertilization, manual and mechanized hydraulic drills have the disadvantages of high labor costs and low quality of technological operations. The optimization and improvement of subsurface irrigation and fertilization using robotic technologies will provide more effective and precise impact on the root system of plants. To search for prospects and possibilities for robotizing the processes of subsurface irrigation and fertilization, the authors analyzed current trends and prerequisites for robotizing the process of subsurface irrigation. Based on scientific articles, patents, and technical reports, the authors investigated technical aspects and proposed a schematic diagram of an automated module of a robotic platform for subsurface irrigation and fertilization. Mounted on a robotic platform, the hydraulic drill is equipped with technical vision equipment for mapping and autonomous navigation in the garden, as well as a pneumatic cylinder to use the drill on heavy soils and deepen it with the use of air when necessary. The robotic device can strictly perform the given algorithm for a long time, applying water and fertilizers in a precise and accurate way. Its use can reduce labor costs and improve the quality of subsurface irrigation and fertilization. The use of robotic hydraulic drills expands the possibilities of subsurface local influence on the root system of plants, improves the soil climate, forms the architecture of the root system.

внутрипочвенный полив и подкормка растенийгидробурроботизация внутрипочвенного полива и подкормки растенийроботизированный гидробуравтоматизированный модулькачество внутрипочвенного полива и подкормкиsubsurface irrigation and fertilization of plantshydraulic drillrobotization of subsurface irrigation and fertilization of plantsrobotic hydraulic drillautomated modulequality of subsurface irrigation and fertilizationReferencesСеливанов В.Г., Аристов Э.Г., Краховецкий Н.Н. Технология и технические средства для реализации инновационного метода посадки и полива виноградников и плодово‑ягодных культур // Материалы XI Международной научно‑практической интернет‑конференции «Научно‑информационное обеспечение инновационного развития АПК» (п. Правдинский, 5‑7 июня 2019 г.). Правдинский: Росинформагротех, 2019. С. 199‑206. EDN: WMCKGTСеливанов В.Г., Аристов Э.Г., Краховецкий Н.Н. Технология и технические средства для реализации инновационного метода посадки и полива виноградников и плодово‑ягодных культур // Материалы XI Международной научно‑практической интернет‑конференции «Научно‑информационное обеспечение инновационного развития АПК» (п. Правдинский, 5‑7 июня 2019 г.). Правдинский: Росинформагротех, 2019. С. 199‑206. EDN: WMCKGTФедоренко В.Ф., Селиванов В.Г., Аристов Э.Г., Краховецкий Н.Н. Исследование инновационной технологии подпочвенного орошения при возделывании плодово‑ягодных культур и виноградников // Техника и оборудование для села. 2019. № 12 (270). С. 17‑22. doi: 10.33267/2072-9642-2019-12-17-22Федоренко В.Ф., Селиванов В.Г., Аристов Э.Г., Краховецкий Н.Н. Исследование инновационной технологии подпочвенного орошения при возделывании плодово‑ягодных культур и виноградников // Техника и оборудование для села. 2019. № 12 (270). С. 17‑22. doi: 10.33267/2072-9642-2019-12-17-22Пневмогидробур: Патент RU2740805 C2, МПК A01C23/02, A01C23/00, A01G 29/00 / В.Ф. Федоренко, Э.Г. Аристов, Н.Н. Краховецкий, В.Г. Селиванов; заявл. 04. 04. 2019; опубл. 21. 01. 2021. EDN: NJRREBПневмогидробур: Патент RU2740805 C2, МПК A01C23/02, A01C23/00, A01G 29/00 / В.Ф. Федоренко, Э.Г. Аристов, Н.Н. Краховецкий, В.Г. Селиванов; заявл. 04. 04. 2019; опубл. 21. 01. 2021. EDN: NJRREBПневмогидробур с защитным устройством: Патент RU2802309 C1, МПК A01C23/02, A01C5/04, A01G 29/00 / Э.Г. Аристов, Р.А. Филиппов, В.Ф. Федоренко, И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт, М.П. Харитонов; заявл. 15.02.2023; опубл. 24. 08. 2023. EDN: SKUCLLПневмогидробур с защитным устройством: Патент RU2802309 C1, МПК A01C23/02, A01C5/04, A01G 29/00 / Э.Г. Аристов, Р.А. Филиппов, В.Ф. Федоренко, И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт, М.П. Харитонов; заявл. 15.02.2023; опубл. 24. 08. 2023. EDN: SKUCLLРучное орудие для посадки черенков винограда: а.с. SU357903 A1, МПК A01C5/02, A01C11/04 / Б.И. Корсунский; заявл. 22.04.1971; опубл. 03. 11. 1972. EDN: KDALXVРучное орудие для посадки черенков винограда: а.с. SU357903 A1, МПК A01C5/02, A01C11/04 / Б.И. Корсунский; заявл. 22.04.1971; опубл. 03. 11. 1972. EDN: KDALXVГидробур: а.с. SU1540696 A1, МПК A01C23/02 / В.А. Гузун; заявл. 23. 11. 1987; опубл. 07. 02. 1990. EDN: OVEIPSГидробур: а.с. SU1540696 A1, МПК A01C23/02 / В.А. Гузун; заявл. 23. 11. 1987; опубл. 07. 02. 1990. EDN: OVEIPSГидробур: а.с. SU1407430 A1, МПК A01C23/02 / В.Ф. Косенко, С.К. Чобану; заявл. 14. 07. 1986; опубл. 23. 05. 1988. EDN: NHVZBEГидробур: а.с. SU1407430 A1, МПК A01C23/02 / В.Ф. Косенко, С.К. Чобану; заявл. 14. 07. 1986; опубл. 23. 05. 1988. EDN: NHVZBEMussett H.L., Hanggi G.J. Soil injection apparatus: Patent № US3148643A United States of America, IPC A01C23/026 (1961.11). 1964. URL: https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+Mussett H.L., Hanggi G.J. Soil injection apparatus: Patent № US3148643A United States of America, IPC A01C23/026 (1961.11). 1964. URL: https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+De Lany T., Andros M.J., Stapp G.J., Klippenstein T. Soil injection system and method: Patent № US10098276B2 United States of America, US15/425 (2017.02). 2018. https://patents.google.com/patent/US10098276B2/en?oq=US10098276B2+De Lany T., Andros M.J., Stapp G.J., Klippenstein T. Soil injection system and method: Patent № US10098276B2 United States of America, US15/425 (2017.02). 2018. https://patents.google.com/patent/US10098276B2/en?oq=US10098276B2+Collins W.C. Injector for soil treating liquids: Patent № US4034686A United States of America, US05/634 (1975.11). 1977. URL: https://patents.google.com/patent/US4034686A/en?o-q=US4034686A+Collins W.C. Injector for soil treating liquids: Patent № US4034686A United States of America, US05/634 (1975.11). 1977. URL: https://patents.google.com/patent/US4034686A/en?o-q=US4034686A+Устройство для внесения жидких веществ в почву: а.с. SU360021 A1, МПК A01C23/02 / С.А. Доброхотов, А.Я. Каинсон, В.Н. Пигур, Н.Е. Сорокин, А.А. Сосинов; заявл. 29. 12. 1969; опубл. 28. 11. 1972. EDN: MYQGTOУстройство для внесения жидких веществ в почву: а.с. SU360021 A1, МПК A01C23/02 / С.А. Доброхотов, А.Я. Каинсон, В.Н. Пигур, Н.Е. Сорокин, А.А. Сосинов; заявл. 29. 12. 1969; опубл. 28. 11. 1972. EDN: MYQGTOBarton J.R. Apparatus for injecting materials into the earth: Patent № US2789522A United States of America, AO1C23/02 (1952.11). 1957. URL: https://patents.google.com/patent/US2789522A/en?oq=US2789522A+Barton J.R. Apparatus for injecting materials into the earth: Patent № US2789522A United States of America, AO1C23/02 (1952.11). 1957. URL: https://patents.google.com/patent/US2789522A/en?oq=US2789522A+Агрегат для внесения жидкостей в почву: а.с. SU927164 A1, МПК A01C23/02 / А.Я. Каинсон, Н.Е. Сорокин, В.П. Кустарев, Ю.С. Разыграев; заявл. 21. 10. 1977; опубл. 15. 05. 1982. EDN: JCJNUXАгрегат для внесения жидкостей в почву: а.с. SU927164 A1, МПК A01C23/02 / А.Я. Каинсон, Н.Е. Сорокин, В.П. Кустарев, Ю.С. Разыграев; заявл. 21. 10. 1977; опубл. 15. 05. 1982. EDN: JCJNUXУстройство для внесения жидких удобрений в почву: а.с. SU982569 A1, МПК A01C23/02 / В.А. Бондарев, М.П. Ефименко; заявл. 21. 08. 1981; опубл. 23. 12. 1982. EDN: EKCPKIУстройство для внесения жидких удобрений в почву: а.с. SU982569 A1, МПК A01C23/02 / В.А. Бондарев, М.П. Ефименко; заявл. 21. 08. 1981; опубл. 23. 12. 1982. EDN: EKCPKIPeterson M.L. Chemical applicator: Patent № US3602166A United States of America, AO1C23/02 (1969.06). 1971. URL: https://patents.google.com/patent/US3602166A/en?oq=US10098276B2+Peterson M.L. Chemical applicator: Patent № US3602166A United States of America, AO1C23/02 (1969.06). 1971. URL: https://patents.google.com/patent/US3602166A/en?oq=US10098276B2+Рабочий орган машины для инъекционного подпочвенного орошения: а.с. SU198819 A1, A01G 29/00 / Т.Я. Гуделас; заявл. 17. 01. 1966; опубл. 28. 06. 1967. EDN: RPEFIEРабочий орган машины для инъекционного подпочвенного орошения: а.с. SU198819 A1, A01G 29/00 / Т.Я. Гуделас; заявл. 17. 01. 1966; опубл. 28. 06. 1967. EDN: RPEFIEПеренести в английский вариантПеренести в английский вариантSelivanov V.G., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N. Technology and technical means for implementing an innovative method of planting and irrigating vineyards and fruit‑berry crops. Scientific and Information Support for Innovative Development of the Agricultural Complex : Proceedings of the XI International Scientific and Practical Internet Conference, Pravdinsky, June 05‑07, 2019. Pravdinsky: Russian Scientific Research Institute for Information and Techno‑Economic Research in Engineering and Technical Support for the Agro‑Industrial Sector, 2019:199‑206. EDN: WMCKGT (In Rus.).Selivanov V.G., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N. Technology and technical means for implementing an innovative method of planting and irrigating vineyards and fruit‑berry crops. Scientific and Information Support for Innovative Development of the Agricultural Complex : Proceedings of the XI International Scientific and Practical Internet Conference, Pravdinsky, June 05‑07, 2019. Pravdinsky: Russian Scientific Research Institute for Information and Techno‑Economic Research in Engineering and Technical Support for the Agro‑Industrial Sector, 2019:199‑206. EDN: WMCKGT (In Rus.).Fedorenko V.F., Selivanov V.G., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N. Research of innovative technology of subsoil irrigation in the cultivation of fruit crops and vineyards. Equipment and Machinery for Rural Area. 2019;12:17‑22. doi: 10.33267/2072-9642-2019-12-17-22 (In Rus.).Fedorenko V.F., Selivanov V.G., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N. Research of innovative technology of subsoil irrigation in the cultivation of fruit crops and vineyards. Equipment and Machinery for Rural Area. 2019;12:17‑22. doi: 10.33267/2072-9642-2019-12-17-22 (In Rus.).Fedorenko V.F., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N., Selivanov V.G. Pneumatic Hydrodrill: Patent No. 2740805 C2 Russian Federation, IPC A01C23/02(2006.01), A01C23/00(2006.01), A01G 29/00(2006.01). 2021. EDN: NJRREB (In Rus.)Fedorenko V.F., Aristov E.G., Krakhovertsy N.N., Selivanov V.G. Pneumatic Hydrodrill: Patent No. 2740805 C2 Russian Federation, IPC A01C23/02(2006.01), A01C23/00(2006.01), A01G 29/00(2006.01). 2021. EDN: NJRREB (In Rus.)Aristov E.G., Filippov R.A., Fedorenko V.F., Smirnov I.G., Khort D.O., Kharitonov M.P. Pneumatic Hydrodrill with Protective Device: Patent No. 2802309 C1 Russian Federation, IPC A01C23/02(2006.01), A01C5/04 (2006.01), A01G 29/00(2006.01). 2023. EDN: SKUCLL (In Rus.)Aristov E.G., Filippov R.A., Fedorenko V.F., Smirnov I.G., Khort D.O., Kharitonov M.P. Pneumatic Hydrodrill with Protective Device: Patent No. 2802309 C1 Russian Federation, IPC A01C23/02(2006.01), A01C5/04 (2006.01), A01G 29/00(2006.01). 2023. EDN: SKUCLL (In Rus.)Korsunskiy B.I. Hand Tool for Planting Grape Cuttings: Patent № 357903 A1 Soviet Union, IPC A01C5/02(1995.01), A01C11/04(1995.01). 1972. EDN: KDALXV (In Rus.)Korsunskiy B.I. Hand Tool for Planting Grape Cuttings: Patent № 357903 A1 Soviet Union, IPC A01C5/02(1995.01), A01C11/04(1995.01). 1972. EDN: KDALXV (In Rus.)Guzun V.A. Hydrodrill: Patent No 1540696 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1990. EDN: OVEIPS (In Rus.)Guzun V.A. Hydrodrill: Patent No 1540696 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1990. EDN: OVEIPS (In Rus.)Kosenko V.F., Chobanu S.K. Hydrodrill: Patent No.1407430 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (1985.01). 1988. URL: https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+ (In Rus.)Kosenko V.F., Chobanu S.K. Hydrodrill: Patent No.1407430 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (1985.01). 1988. URL: https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+ (In Rus.)Mussett H.L., Hanggi G.J. Soil injection apparatus: Patent № US3148643A United States of America, IPC A01C23/026 (1961.11). 1964. https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+Mussett H.L., Hanggi G.J. Soil injection apparatus: Patent № US3148643A United States of America, IPC A01C23/026 (1961.11). 1964. https://patents.google.com/patent/US3148643A/en?oq=US3148643A+De Lany T., Andros M.J., Stapp G.J., Klippenstein T. Soil injection system and method: Patent № US10098276B2 United States of America, US15/425 (2017.02). 2018. https://patents.google.com/patent/US10098276B2/en?oq=US10098276B2+De Lany T., Andros M.J., Stapp G.J., Klippenstein T. Soil injection system and method: Patent № US10098276B2 United States of America, US15/425 (2017.02). 2018. https://patents.google.com/patent/US10098276B2/en?oq=US10098276B2+Collins W.C. Injector for soil treating liquids: Patent № US4034686A United States of America, US05/634 (1975.11). 1977. https://patents.google.com/patent/US4034686A/en?oq=U-S4034686A+Collins W.C. Injector for soil treating liquids: Patent № US4034686A United States of America, US05/634 (1975.11). 1977. https://patents.google.com/patent/US4034686A/en?oq=U-S4034686A+Dobrokhotov S.A., Kainson A.Ya., Pigur V.N., Sorokin N.E., Sosinov A.A. Device for Introducing Liquids into the Soil: Patent No.360021 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (1985.01). 1972. EDN: MYQGTO (In Rus.)Dobrokhotov S.A., Kainson A.Ya., Pigur V.N., Sorokin N.E., Sosinov A.A. Device for Introducing Liquids into the Soil: Patent No.360021 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (1985.01). 1972. EDN: MYQGTO (In Rus.)Barton J.R. Apparatus for injecting materials into the earth: Patent № US2789522A United States of America, AO1C23/02 (1952.11). 1957. https://patents.google.com/patent/US2789522A/en?oq=US2789522A+Barton J.R. Apparatus for injecting materials into the earth: Patent № US2789522A United States of America, AO1C23/02 (1952.11). 1957. https://patents.google.com/patent/US2789522A/en?oq=US2789522A+Kainson A.Ya. Implement for introducing liquids into the soil: Patent No. 927164 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1982. EDN: JCJNUX (In Rus.)Kainson A.Ya. Implement for introducing liquids into the soil: Patent No. 927164 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1982. EDN: JCJNUX (In Rus.)Bondarev V.A. Device for introducing liquid fertilizers into the soil: Patent No.982569 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1982. EDN: EKCPKI (In Rus.)Bondarev V.A. Device for introducing liquid fertilizers into the soil: Patent No.982569 A1 Soviet Union, IPC A01C23/02 (2006.01). 1982. EDN: EKCPKI (In Rus.)Peterson M.L. Chemical applicator: Patent № US3602166A United States of America, AO1C23/02 (1969.06). 1971. https://patents.google.com/patent/US3602166A/en?oq=US10098276B2+Peterson M.L. Chemical applicator: Patent № US3602166A United States of America, AO1C23/02 (1969.06). 1971. https://patents.google.com/patent/US3602166A/en?oq=US10098276B2+Gudelas T.Ya. Working tool of a subsurface irrigation machine: Patent No.198819 A1 Soviet Union, A01G 29/00(1995.01). 1967. EDN: RPEFIE (In Rus.)Gudelas T.Ya. Working tool of a subsurface irrigation machine: Patent No.198819 A1 Soviet Union, A01G 29/00(1995.01). 1967. EDN: RPEFIE (In Rus.)

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