基于GNSS的智能水田旋耕平地机研究

设计了一种基于GNSS的智能水田旋耕平地机，将两个GNSS天线分别固定在旋耕平地机两端，以天线高程定位数据与俯仰角数据作为旋耕平地机高程与倾角信息，采用模糊PID控制算法，通过向电液比例换向阀输入驱动电压信号控制调节油缸伸缩，使旋耕平地机绕中间旋转轴转动或沿滑槽上下移动，实现了机具的水平与高度调节。设计了一种蓄能器、液压泵协同工作的液压系统，提出了基于最小二乘法的基准面生成方法。为验证智能水田旋耕平地机的工作性能，在水稻、小麦等不同前茬作物以及砂质土、粘质土、壤土等不同土壤类型条件下，对其进行了水田平整试验。试验结果表明，智能水田旋耕平地机平整效果较好，平整度达到3cm左右。该系统稳定性较好，适应性强，对水田平整度有较大的改善，平整后的水田满足水稻种植的农艺要求。     

GNSS精准平地机发展现状与趋势

GNSS精准平地机在现代精准平地过程中起着越来越重要的作用,其主要优点在于GNSS基准站可发送RTK差分信号,定位精度可以达到厘米级,GNSS移动站测量平地铲的高程和姿态角发送给精准控制软件,软件实时发送信号进行调节。作业稳定性好,土地平整度高。     

一种水田激光平地机平地铲水平控制系统设计研究

为了使水田激光平地机作业中平地铲保持水平,设计了基于多传感器融合技术的水平控制系统。该系统基于MEMS惯性传感器ADIS16355信息融合测量平地铲倾角,通过脉宽控制液压电磁阀的方法实现水平控制。为此,介绍了控制系统的构成,阐述了三轴加速度计与陀螺仪融合测量实时倾角原理,设计了基于卡尔曼滤波的多传感器融合算法;并基于ARM7 Cotex-M3微处理器设计了水平控制系统硬件,提出了适用于平地铲水平控制的位置控制算法。采用高精度姿态航向参考系统AHRS500GA对融合算法进行验证并进行田间试验,结果表明:该系统能在平地机作业过程中准确测量平地铲实时倾角,有较好的控制效果。     

基于GNSS的农田平地系统试验研究

土地平整对发展现代农业具有非常重要的意义。进行农田土地平整,可以有效改善农田表面状况,提高农田灌溉水的利用率,有利于控制杂草和虫害,提高化肥使用效率,减少环境污染,实现精细地面灌溉。为了解决使用传统方法进行土地平整地费工费时及作业质量差的问题,研发了新型GNSS平地系统,进行了平地作业试验研究,为基于GNSS的农田平地系统的研发提供经验与数据。     

悬挂式多轮支撑旱地激光平地机设计与试验

针对牵引式旱地激光平地机转弯半径大、两轮支撑易出现压实轮辙、小田块精准平地适应性差等问题,设计了一种悬挂式多轮支撑旱地激光平地机,该机通过拖拉机三点悬挂机构浮动功能与多轮支撑相结合,实现激光控制平地作业。建立了平地铲浮动调节数学模型,确定了平地机结构参数与工作参数,分析了支撑轮对土壤的压实,设计了由两组刚性轮组成的支撑轮结构,减小了支撑轮对松软土壤的压实轮辙。田间试验结果表明,悬挂式多轮支撑旱地激光平地机作业性能稳定,田面最大高程差从平整前20. 8 cm降至平整后7. 3 cm,相对高程标准偏差Sd从平整前4. 48 cm下降到平整后1. 72 cm,平整后绝对差值小于3 cm的采样测量点累计百分比91. 94%,显著改善了田面平整情况,满足田块精准平地要求。平地前后网格点土壤紧实度分析结果表明,悬挂式多轮支撑旱地激光平地机的多支撑轮对试验田块0～17. 5 cm深度范围的土壤紧实度具有一定的压实影响,深度达17. 5 cm及以上时,土壤紧实度基本稳定,整田表层土壤压实均匀。松软土壤经过均匀压实后,减小了土壤后期的沉降,保证了田面平整度。通过作图法对比分析了悬挂式平地机与牵引式平地机在田角处不能平整的面积比例,平整100 m×100 m、36. 5 m×36. 5 m、25. 8 m×25. 8 m田块时,牵引式平地机不能平整面积占比分别为0. 78%、5. 8%和19. 4%,而悬挂式平地机不能平整面积占比小,分别为0. 09%、0. 68%和2. 25%,表明悬挂式平地机小田块平地作业更具优势。     

1PJ-4.0型水田激光平地机设计与试验

设计了三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机。水田激光平地机液压系统,包括高程液压油路、水平液压油路和折叠液压油路,平地铲高程运动采用平行四连杆结构。对水田激光平地机的高程运动和水平运动性能进行了测试试验,分析结果表明:平地铲上升过程响应时间为下降过程响应时间的2倍,全程400 mm上升所需时间为3.31~4.23 s,下降所需时间稳定在1.7 s左右;上升速度随油门开度增大而加快,平地铲下降速度较稳定。平地铲水平调节时,顺时针转动全程20°所需时间与逆时针转动所需时间一致。田间平整作业试验表明,与拖拉机配套的三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机可以稳定工作,能显著改善田面平整情况,田面最大高程差从平地前的32 cm降低到4.9 cm,相对高度的标准偏差值从平地前的12.28 cm下降到平地后的2.64 cm,平地后绝对差值小于等于3 cm采样测量点累计百分数达69.4%。     

基于GNSS的平地控制系统优化设计与试验

农田土地平整技术能够提高农田灌溉质量和改善土壤矿物质均匀度,以达到节水增产的目的,随着全球导航卫星系统（GNSS）的建立与完善,基于GNSS的农田土地精细平整技术得到广泛应用。针对当前使用GNSS定位数据进行高程闭环控制,容易产生平地铲超调问题,设计了一种基于GNSS的土地精平机电控制系统,提出一种可控制时长的滞环控制算法,通过控制电磁阀的通电时间,精确控制平地铲升降,以减少超调。试验结果表明:在低速作业状态下,平地铲可减少15%的振荡,高速作业状态下可减少23%的振荡;有效降低了平地铲高程的突变,在低速作业时减少30%,在高速作业时减少8%;无论是低速作业还是高速作业,完成作业后均能保证90%以上的点在±2 cm以内,满足土地平整的精度要求。      

激光土地平整系统简介

早在八十年代中期,农业激光平地系统就已经广泛应用于美国、加拿大等发达国家和地区,近几年我国也开始应用。该系统可用于整平土地,以便于灌溉,减少水土流失,增加土地产出率。图中所示为拖拉机牵引刨式平地机在激光控制下进行平地作业,现结合本图对农业激光平地系统介绍如下:     

水田激光平地机工作原理的研究与应用

水田田面平整是保证水稻高产、稳产的重要措施,研制水田激光平地机有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要分析了水田激光平地机的工作原理,研究了水田激光平地机系统要求,建立了平地铲作业动力学方程,以用于计算平地铲工作能耗,并提出了平地作业效果综合指标,以更加合理地评价水田激光平地机平地作业效果;在此基础上研制了几款适用于水田带水平整作业的水田激光平地机。本文为水田激光平地机的设计和改进提供了一定的参考依据。     

4种水田高留茬搅浆埋茬平地机对比试验研究

为研究水田高留茬搅浆埋茬平地机工作部件对作业效果的影响,以便为后期机具的工作部件设计加工提供参考,通过农机市场调研,找到4种常用的水田高留茬搅浆埋茬平地机。将这4台平地机具挂接在相同型号的拖拉机上,在相同作业条件下,以灭茬率、稻秆分布均匀性、平整度为作业效果评价指标,以压茬刀辊带动方式、平地拖板控制方式、压茬刀轴上的刀型、搅浆部与压茬部连接方式作为对比,进行对比试验。试验结果表明:压茬刀辊以拖拉机动力输出轴为动力源的机型在作业后稻秆在地表8cm以下的分布含量占总含量的57.89%,以液压马达为动力源的机型平均为34.54%,平地拖板由液压油缸控制的机型作业后平整度标准差为2.43,预紧弹簧控制的平地拖板的机型作业后平整度标准差平均为3.63,压茬刀型为旋转曲形弾齿的水田高留茬搅浆埋茬平地机作业后灭茬率平均达到93.93%,而以直橡胶结构刀型的机型灭茬率为85.38%;搅浆部与压茬部连接方式不影响作业效果。在试验结果的基础上,通过柱状图柱体高度对各个机型作业效果进行评价,简单分析了相关作业机理,可为水田高留茬搅浆埋茬平地装备研制中关键部件设计提供参考。     

适用于水田的激光平地机具液压系统设计

设计了一种水田激光平地机具液压系统.该液压系统主要由液压油泵、电磁换向阀、液压缸、蓄压器和散热器等元件组成.液压泵由拖拉机的动力输出轴驱动;电磁换向阀采用拖拉机电源直流12V供电,可实现平地机具两端分别独立升降;蓄压器起到缓冲作用可改善系统油压的稳定性;散热器可保证液压油温不超过70℃;背压阀用来调节平地机具的下降速度.实际应用表明,水田激光平地机构液压系统能与控制系统相匹配,工作正常.     

农田平地机激光发射平台调平控制系统设计

为使农田平地机双源激光定位系统的激光发射平台检测数据更精确、调平实时性更好,设计了激光发射平台自动调平控制系统。该系统采用三脚支撑的平台支撑方式,利用倾角传感器检测平台的倾斜度,通过步进电机驱动平台3条支腿伸缩从而实现平台调平。通过加入倾角传感器数据处理算法和基于RBF神经网络的智能PID控制算法,激光发射平台检测的数据更精确,能满足双激光源定位系统的要求,使农田平地机平地作业更精确。     

我国激光控制土地精细平整设备的推广应用

<正>1激光控制平地技术激光控制平地技术是目前世界上最先进的土地精细平整技术。它利用激光束平面取代常规机械平地中人眼目视做为控制基准,通过伺服液压系统操纵平地铲运机具工作,完成土地平整作业。激光平地机主要包括激光部分和液压部分,激光部分包括激光发射器、激光接收器、控制器等连接线缆。液压部分包括齿轮泵、     

一种农田激光平地机及其应用方法

为适应精细化农业对土地平整度的要求,设计了一款农田激光平地机,该机主要由牵引系统、液压系统、平地铲、激光发生器、激光接收器和控制器等部分组成,整体结构紧凑、性能稳定、维护方便、作业效率高、价格实惠,同时起到节水节肥、降低劳动强度、提高土地利用率等作用,具有较高的研究价值与意义。     

基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法

为解决农田平地机无人驾驶作业时缺乏局部规划，进而实现平地路径在线调整的问题，以平地作业土方合理运卸且路径最短为目的，提出了一种基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法。基于农田三维地势模型，采用改进的蚁群算法规划三维路径：以平地作业土方运载为决策方向，建立新的路径搜索节点，对比平地机作业时平地铲运载土方量和经过栅格计算所需的挖填土方量，根据土方运载任务设置信息素更新规则和启发函数，获取农田平地的最佳三维路径；基于平地机的运动学模型，设置农田平地机转向约束条件，根据约束条件对路径进行平滑优化，并建立三维路径规划的效果评价标准。仿真结果表明：相比于原始蚁群算法，该方法的路径规划效果评价指标提高33.3%以上，可以更好地指导农田平地机实现局部平地任务，而且大大缩短了路径生成时间和路径长度，使路径更为平滑，更适用于辅助农田平地的自动导航作业。     

激光平地机的结构原理和使用维护

1旱地激光平地机旱地激光平地机由于能自动控制平整面,可使地面平整度误差在2cm内,因此相对于一般平地机械,平地效果更好,作业效率更高,可进一步节约水资源,减少水土流失,增加土地产出率。现以JPD-3000型旱地激光平地机(见题图)为例进行介绍。     

激光平地机的分析与设计

激光平地技术可合理有效对土地进行平整作业,在节水、增加地块面积等方面效果显著。通过对激光平地机工作原理进行分析,对液压系统、主要机械部件、激光平地装置各部分关键问题进行解析,计算主要参数,确保工作的可靠性。试验表明平地高度误差在15mm,具有较好的经济效益和推广价值。     

基于GNSS的农田平整自动导航路径规划方法

为了提高农田平整作业工作效率,分析了基于全球导航卫星系统（Global navigation satellite system,GNSS）的农田平整自动导航解决方案的可行性,改进了系统硬件设计,提出了一种基于GNSS的农田平整自动导航路径规划方法。该方法将全局路径规划和局部实时路径规划相结合,以铲车空载或满载时间最短为最优评价基准,融合K 均值与密度均值,聚类农田栅格;根据设计的铲车挖高填低方法和局部搜索策略得到平地路径全局规划,在实际作业中根据拉力传感器反映的实时载荷进行局部调整和规划。通过仿真试验和农田路径规划平地对比试验分析表明,最大高度差从22.8cm降到2.7cm,平整度从12.6cm降到1.5cm,高差分布列从81%上升到97%,平整效果能满足精细灌溉需求。该方法能够较好地实现路径规划,实现拖拉机高效平地作业,其中铲车的满载和空载率较其他方法小,满载和空载率总和在20%左右,增加了有效工作时间,降低了人工劳作强度,提高了平地效率。     

液压后驱式轻型农机水田自走底盘的设计

为了加快农村水田播种机、插秧机和园艺机械的发展,设计研发了一种液压后轮驱动式轻型农机水田自走底盘.底盘采用125摩托车发动机与液压传动系统相结合实现动力匹配,底盘的液压系统实现了一泵同时驱动两轮马达差速行走、同步动力输出和液压油缸升降的功能,底盘的大部分部件为标准生产件,为底盘的单件小批量、快速、低成本生产提供了有利条件.试验证明,底盘可用于水田作业,亦可用于旱地作业.     

水田激光平地机平地铲姿态测量系统的设计

水田激光平地机水平控制作为农田激光平地技术的重要组成部分,其研究过程中首先要解决平地铲实时倾角测量问题.为提高倾角测量精度,设计了平地铲姿态测量系统,采用MEMS传感器集成模块AD1S16300作为惯性测量单元,通过卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算平地铲倾角.分析了姿态测量系统的构成,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法,基于ARM7 Cotex- M3微处理器设计了姿态测量系统硬件.采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了融合算法验证与ADIS16300测量平地铲倾角验证.测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以进一步应用于激光平地机的水平控制之中.