作物表型信息获取机器人底盘设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间适应性和行驶稳定性,面向我国山东地区小麦表型信息获取作业场景,设计了一种四轮独立驱动转向的农业机器人底盘。根据小麦种植农艺需求和行驶地形环境,确定了底盘总体布局方案和主要技术参数。分别开展了底盘驱动部件、转向部件以及摆臂平衡部件设计,并进行了参数校核和元件选型。建立了关键部件ANSYS有限元模型,分别进行了摆臂平衡机构的应力形变分析和车架振动模态模拟,仿真结果表明,摆臂平衡机构的强度和刚度均能满足设计要求,车架能够有效避免因地形激励产生的共振。建立底盘ADAMS动力学仿真模型,分别进行纵向、横向稳定性分析和单侧凸起、凹坑越障性分析,仿真结果表明,底盘横纵向稳定性能够满足设计要求,摆臂平衡机构能够有效补偿单侧障碍造成的质心高度变化,提高了底盘的行驶稳定性。田间试验表明,机器人底盘具有良好的行驶性能,硬质地面直线行驶平均偏驶率为0.51%,田间地面平均偏驶率为1.13%。原地转向中心点偏移量为3.1mm,阿克曼转向最小转向半径为1.125mm。纵向翻倾角为34°,横向翻倾角为28°。单侧越障最大高度为160mm,单侧跨坑最大深度为160mm。     

基于QBP-PID的履带式作业机全向调平控制研究

针对丘陵山区农业机械作业时的机身倾角变化大、工作品质和作业安全性差等问题,以履带式作业机为研究对象,设计了一种基于“3层车架”的液压全向调平系统,并提出了复合Q学习-BP神经网络-PID(QBP-PID)的全向调平控制策略。首先,给出了全向调平整机结构方案和工作原理,在此基础上,建立了包含全向调平系统的履带式作业机整机动力学模型。然后,针对PID控制参数难以整定的问题,通过BP神经网络对PID控制参数进行实时更新,并引入Q学习算法对神经网络连接权值进行在线更新,建立了全向调平复合QBP-PID控制器。仿真结果表明,QBP-PID控制下,20°横向调平时间为2.8 s, 25°纵向调平时间为3.2 s,相较于PID与BP-PID控制,减小了调平时间,并且未出现超调量。最后,进行横坡路面和纵坡路面的整机试验,与仿真结果相比,横向和纵向调平时间误差为0.6 s和0.4 s,且平地路面机身倾角小于1.5°,满足丘陵山区农业机械调平性能需求。     

农用柔性底盘前轮转向动力学研究

农用柔性底盘通过偏置转向轴转向,4个独立的电动轮既要用于行进,又要驱动转向,控制难度大.为探明柔性底盘前轮转向过程的转向特性,建立了7自由度整车动力学模型,并通过Matlab/Simulink软件建立相应的交互控制仿真模型,进行了不同车速下单轮驱动转向与双轮比例控制转向的仿真与分析,根据仿真结果制定了控制策略;在此基础...     

智能控制技术在履带式拖拉机上的应用研究

为解决履带式拖拉机控制系统智能化程度不高、动力不足、环境适应能力不强的问题,针对其智能化控制系统进行了设计和改进。拖拉机采用分布控制管理系统进行控制,采用CAN总线实现通信,主要组成为总控制器、变速器控制、换挡/离合、油门控制器、转向控制器和悬挂控制器。通过对其履带式驱动桥进行改进,包括采用行星式转向机构和液压系统进行控制,提高了履带式拖拉机的动力和性能。实验室和田间试验结果表明:履带式拖拉机的控制系统可完成对拖拉机的智能控制,保证了其稳定行驶,能够满足拖拉机的设计和性能要求。     

高地隙底盘沉陷模型的建立与验证

针对南方水田泥脚深致作业机械行驶通过性差的问题，以高地隙动力底盘(离地间隙为1 100~1 500 mm)为研究对象，通过牵引性能试验，研究水田动力底盘的沉陷特性。在载荷800~1 100 kg条件下，以车轮载荷和滑移率为试验变量，以车轮沉陷系数、驱动系数和挂钩牵引力系数为试验指标，建立了高地隙底盘沉陷模型。结果表明，模型中挂钩牵引力系数与驱动系数成正比，与沉陷系数成反比；利用田间试验获得该模型修正参数，修正系数为–0.30~ –0.19，与载荷呈正相关，拟合值与田间试验值的误差小于5%。     

全履带模块化无人农用动力底盘设计与仿真

针对丘陵山地等非结构化路面和复杂多样的作物生长环境，为了提高丘陵山地农业机械化率，在传统铰接式山地拖拉机传动系的设计基础上，设计了一款全履带模块化无人农用动力底盘；同时为改善农机的通过性和稳定性，设计了全履带车辆行走系统，并结合无人农用动力底盘的整体搭建，对履带行动装置基架与主动轮支撑件进行结构设计与拓扑优化分析；为提高整机使用率设计了前置农具挂载模块的快接装置和带PTO三点悬挂装置，通过更换不同机具可实现不同作业；为改善机动性，对无人农用动力底盘转向装置进行了设计，通过电机补偿动力差速转向，可实现驱动底盘的原地转向；最后对整机实现了数字化自动化改造，为将来的智能化制造奠定技术基础。     

履带式联合收获机全向调平底盘设计与试验

针对履带式联合收获机在不平坦地表作业时，车体随地形起伏而倾斜，造成作业效率降低、驾驶员舒适性变差、安全性降低的问题，设计了一种履带式联合收获机全向调平底盘。该底盘由上架、下架、升降机构和电液控制系统组成，可实现联合收获机底盘倾斜时的自动与手动调节，纵向调节范围为-5°~7°，横向调节范围为-6.5°~6.5°，底盘最大提升高度为130mm。阐述了全向调平底盘的工作原理、电液控制系统结构与调平控制策略，进行了针对底盘性能的静态与动态调平的验证试验。静态调平试验对底盘前最低、后最低、左最低、右最低、左前最低、右前最低、左后最低、右后最低8种倾斜状态进行调平，结果表明，自动调平系统最长调节时间为8.2s,平均调节时间4.2s，倾斜度调节误差最大值为0.67°。动态调平试验针对自动调平控制、手动调平控制和固定地隙调平控制3种调平控制模式，进行了坡地、畦沟田块、水田等地形下的调平对比试验。在坡地与畦沟田块试验中，自动调平控制模式可以改善底盘的倾斜状态，提高底盘的稳定性；手动调平控制模式有一定的调节作用，但调节稳定性较差。在水田试验中，自动调平控制模式调平效果优于坡地与畦沟田块，说明在地形起伏较小的条件下，自动调平控制系统调平效果更好。动态调平试验表明，自动调平系统可以减小底盘倾斜度，提高底盘稳定性，增强联合收获机对不平坦地表的适应性。     

基于DF2204无级变速拖拉机的农机无人驾驶系统研制

针对农机无人化作业需求,该研究基于DF2204无级变速拖拉机和机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）,研发了一种适于田间作业的农机无人驾驶自主作业系统。系统由控制、规划、安全和总线通信等模块组成。对DF2204无级变速拖拉机进行硬件改造与集成,设计满足农机无人驾驶要求的控制器局域网（Controller Area Network,CAN）总线协议和ROS与CAN总线通信的消息结构,包括5类控制帧和2类状态帧;设计了基于比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation,PID）控制器的横向跟踪与纵向速度控制算法。在北京密云试验田开展田间小麦播种实际作业试验。试验结果表明,消息结构满足50 Hz通信负载,横向跟踪平均绝对误差为2.96 cm,纵向速度平均绝对误差0.19 m/s。研究结果可为无级变速拖拉机的无人化升级改造提供参考,提高农机智能化水平和作业效率。     

橡胶履带联合收获机仿形底盘行走系统设计与仿真

随着农机化的发展,橡胶履带联合收获机的使用已较为广泛,但大部分联合收获机仍在采用传统的刚性行走底盘方案,该方案无法很好地适应田间的复杂地形,进而会对作业质量、工作效率、操作舒适性、使用寿命产生不利的影响。本文提出一种能够实现仿形行走的新型橡胶履带自走式联合收获机行走底盘方案,通过Matlab/Simulink和多体运动学分析软件RecurDyn对仿形底盘在随机路面激励和典型地形情况下的运动状态进行仿真,得出车身质心在竖直方向上的位移及加速度变化。在E级随机路面激励下,联合收获机运动至14.96 s时,Y轴正向有最大值3.578 m/s^2,运动至15.51 s时,Y轴负向有最大值-3.862 m/s^2。典型地形仿真中,质心Y向四个位移峰值分别为464.28 mm、459.27 mm、536.41 mm和514.71 mm,Y向加速度始终小于两倍的重力加速度19 600 mm/s^2,较好地验证设计方案的可靠性,为后续研究提供思路。     

果园自走式电动底盘控制系统设计与试验

为解决果园作业机械化设备少、效率低,大型机械不便作业的问题,研制一机多用的果园自走式小型灵活的电动底盘,设计其核心部分控制系统。依据果园作业环境,提出设计目标性能要求和整体结构方案;分析电控系统的电机驱动器、整车控制器、遥控器各自应具备的功能,进行硬件电路设计和软件编程;最后调试和实地试验。试验结果表明:所设计的果园自走式电动底盘控制系统能够使电动底盘满足最高车速为6.72 km/h,通过圆直径2 740 mm,具备通过30%坡度路面的能力,续航里程可达17.5 km,无线遥控距离达到200 m,符合果园作业性能要求。