田间作业机器人电动升降底盘设计

设计开发了一种田间作业机器人电动升降底盘,主要结构包括主机架及安装在主机架上的电源、控制器、行走机构、转向机构和升降机构。介绍了其主要组成和工作原理。该底盘可方便地实现车轮独立驱动、车轮独立转向、车轮距独立可调以及平台自动升降等功能,对我国田间作业机器人产业的自主发展具有重要意义。      

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...     

农用底盘轮距可调式转向机构

针对农用底盘轮距随农作物行距变化而适应性调整的技术需求,基于现有梯形转向机构、平行四边形机构,研究轮距调整联动转向原理,提出轮距调整和转向独立或同时进行的轮距可调式转向机构方案,确定关键参数和转向误差计算方法。设计了一种轮距可调式农用底盘,参照现有底盘相关参数并结合我国部分农作物行距分布情况,确定前桥轮距可调式转向机构关键参数并以最小轮距为基本轮距优化,分析不同轮距时的转向误差,计算结果表明:轮距调整后转向误差仍能满足农田作业转向要求。     

丘陵山区农用预检测主动调平底盘设计与试验

针对目前丘陵山区农用底盘倾斜后调平精度低、滞后的问题,提出一种预检测主动调平方法,该方法提前检测行驶前方地面情况,判断如何实施调平动作,并在底盘倾斜同时进行主动调整,可主动预防、避免或减少在崎岖不平地面上行驶作业过程中的底盘倾斜。设计了一种采用Y型可调悬架作为调平机构的农用车辆预检测主动调平底盘,分析计算了底盘悬架调整与预检测调平参数、承载能力与调平速度及调平执行策略,分析计算表明,可通过Y型可调悬架的高度调节实现底盘调平。利用样机在室外试验田中进行崎岖不平地面的行走试验验证,试验结果表明,在预检测主动调平行走过程中,丘陵山地农用预检测主动调平底盘可在精度0. 5°范围内实现动态调平,验证了预检测主动调平方法以及丘陵山地农用预检测主动调平底盘设计方案的可行性。     

柔性底盘的转向运动模型

为了给现代设施农业作业车辆提供一种灵巧的车辆底盘,设汁了一种基于偏置轴的四轮独立驱动和四轮转向的柔性底盘;针对电动轮的加速过程建立受力平衡方程,在不同的运动形式下构建运动模型的状态方程,利用仿真软件进行过程模拟仿真,分析转向角对运动参数的影响.结果表明,所构建的柔性底盘运动模型能够反映其运动特性,为研究柔性底盘的运动特性和中央控制器控制策略及算法的设汁提供了依据.     

偏置转向轴原地转向轮胎力学特性研究

农用柔性底盘原地姿态切换时车轮绕偏置转向轴原地滚动转向,为探明该过程的轮胎力学特性,对接地区域的滑移速度进行了运动学分析,据此将现有轮胎纵滑LuGre模型扩展成纵滑横滑联合的偏置转向轴原地转向LuGre模型;设计了相应测试装置,通过双因素试验测试了偏置距离和载荷对轮胎横向与纵向摩擦力的影响;根据实测结果对模型参数进行了辨识,利用辨识值对柔性底盘原地姿态切换过程中的轮胎摩擦力进行了仿真。结果表明:柔性底盘原地姿态切换时,轮胎受到阻碍滚动的纵向摩擦力和指向外侧的横向摩擦力,纵向摩擦力与载荷的1.82次方成正比,与偏置距离的1.61次方成反比;随着偏置距离的增加,横向摩擦力先增大、后减小,但变化较为平缓。轮胎横向与纵向摩擦力的实测结果和仿真结果吻合程度较高。本研究可为柔性底盘转向驱动力矩的估算和装置参数的优化提供依据。     

基于Simulink的自动化农业机械底盘设计

【目的】在特殊地形农业活动中存在作业困难、底盘转向不灵活等问题,需要提高农机适应性和稳定性。【方法】课题组以自动化技术为基础,设计了一种自动化农业机械底盘。该底盘由转向装置、前桥、后桥、控制系统等部件组成,将发动机、水冷与液压系统相结合,为底盘提供动力。通过Simulink平台对底盘前桥、后桥及整体结构进行受力分析,观测各部件在不同状态下的参数变化,并对底盘易于损坏的部位进行调整。【结果】前桥转向装置附近配件对形变影响较大,采用厚度大于12 mm的方钢制作前桥,调整后机架稳定性得到改善。通过压力测试,证明机械底盘在平稳路况下无论是否有人乘坐均可保持较高的运动直线度,偏离率较低,起停所受压力均在可控范围内,能够满足农业作业强度要求。【结论】该机械底盘可有效满足运动稳定要求,有利于提升农机工作效率,对农机部件现代化设计具有积极意义。     

叶菜类收割机行走机构设计及有限元分析

根据我国设施蔬菜种植生产实际,针对叶菜类蔬菜收获的特点与难题,设计了一款智能叶菜类蔬菜收割机。该机通过4个轮毂电机驱动,能够在狭小的棚室空间灵活转弯和转向。在蔬菜收割过程中,能够根据地面高低起伏,自动调解刀架高度,从而控制割茬高度。针对其中的关键机构即四轮驱动差速转向水平微调行走机构的设计、工作原理进行了详细阐述,计算了行走机构工作参数,确定了行走电机参数。机架有限元分析结果表明,最大应力发生在切割台连接处和水平微调机构连接处,机架满足强度要求。     

草莓采摘机器人行走机构设计

针对现有草莓采摘机器人行走机构结构复杂的问题,研究出一种适合地垄式种植模式的草莓采摘的机器人行走机构。该行走机构采用电机驱动的轮式行走机构、四连杆转向机构,能够根据草莓采摘需要在地垄中精确启停和灵活转向。采用运动学分析软件ADAMS对草莓采摘机器人行走机构的直线行走和转弯性能进行了仿真分析。结果表明:行走机构运行平稳、转弯灵活。草莓采摘机器人行走机构上设置有采摘机构安装机构,且在工作过程中可与采摘机构精准配合,高效高质量完成草莓采摘作业。     

四轮转向液压底盘自动驾驶系统设计

针对“精准农业”的作业需求,为提高植保机械的作业精度,降低驾驶人员的工作强度,设计了一种四轮转向液压底盘自动驾驶系统。该系统主要由车载电脑、行车控制器、RTK-DGPS采集装置、电控液压转向装置及行车状态采集装置等组成。行车状态采集装置采集行车参数信息并基于i CAN通信协议进行系统通信。车载电脑根据导航控制模型和各传感器实时参数生成控制指令,行车控制器根据车载电脑指令根据四轮车运动模型生成电控信号,并通过各电磁阀控制液压马达和转向油缸实现对底盘4个轮的转向。试验结果表明:当底盘前进速度为2m/s时,平均跟踪误差不超过0.04m。     

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。     

微型喷药机构型设计与仿真分析

针对三轮高地隙喷药机田间运行稳定性差和后轮轮距调整不方便等问题,设计了万向节动力转向机构、可伸缩车架及后轮转向机构等部件组成的微型高地隙喷药机。对机架进行了仿真模型建立、有限元应力-应变分析和响应曲面拟合优化设计,并对优化后模型进行了模态分析。结果表明:机架在满足性能和强度要求前提下实现了轻量化,整机各个机构匹配性能均满足设计要求,且车体运行平稳,后轮轮距调整方便,有利于三轮高地隙喷药机的应用与推广。     

柔性底盘性能检测试验台设计与应用

为了检测基于偏置转向轴结构的四轮独立驱动、独立转向柔性底盘的性能和运动控制参数,试制了一种由4个水平转盘构成的柔性底盘性能检测试验台,设计了试验台检测控制电路和系统软件。通过柔性底盘在试验台上的运行,模拟直行和90°横行运动,进行柔性底盘运动性能及控制参数的测试。试验结果表明:在不同运动状态下柔性底盘轮毂电机的转速从0增加到匀速状态所需的时间为2~3 s,柔性底盘直行和90°横行的牵引力分别可以达到1 132 N和1 165 N;定速行驶时,柔性底盘各轮毂电机的驱动力不同,需要实时自动调节各轮毂电机的驱动电流,保证各独立驱动的轮毂电机协调运动。测试结果可为四轮独立驱动独立转向柔性底盘控制策略的制定和参数优化提供依据。     

高架喷雾机底盘的结构设计

针对目前玉米等高秆农作物生长中后期病虫害防治困难的问题,对新疆玉米种植模式和生长中后期病虫害发生规律进行调研,设计出了一种高架喷雾机底盘装置。运用经典等腰梯形四连杆机构的转向运动学理论,设计了高架喷雾机基于前轮轮距可调机构的双液压缸转向系统、底盘平衡装置及其他关键零部件。在Solid Works软件中建立了关键部件的三维模型,对底盘装置进行装配并检验了各个零部件结构和尺寸设计的合理性。     

基于Pro/E与ADAMS的喷杆喷雾机升降底盘设计及仿真

本文介绍了一种喷杆喷雾机升降底盘,包括升降机构与行驶机构。通过建立此种设备升降底盘升降机构的运动学与动力学的基本数学模型,研究基本参数对应的运动学与动力学。应用三维设计软件Pro/E对该底盘进行模型建立和组装,并键入ADAMS软件中对其运动学与动力学分别进行仿真分析。分析结果表明,该设计的喷杆喷雾机升降底盘升降装置的位移、速度和加速度以及液压缸的受力和所建立的对应理论数学模型的计算分析相一致,且此底盘最大距地的距离达到了约775.0mm,可进行调节的高度达到了约500.0mm,升降迅速可靠平稳,可以适应于不同作物在不同生长时期的喷雾作业,有效地提高了农用底盘的适应性、整体的喷雾效率与施药利用率。     

新型农用机械行走机构设计与越障分析

介绍了一种新型的轮履复合农用机械行走机构—变体轮结构设计方案,对组成变体轮的履带节单元的工作原理进行了详细的叙述,使得传统农用车辆的行走机构有了新型可重构的特性。同时,着重介绍了变体轮整体结构和轮履变形机理。将变体轮应用到农用机械上与其它单纯轮式或履带式的农用车辆进行对比,凸显出了较大优势;划分了基于变体轮的农用车辆所面临的障碍地形(沟壑类障碍以及坡面类障碍),分析了其最大的越障能力,包括跨越最大壕沟的宽度、最高沟壑高度以及最大坡面角度,为未来农用车辆变体轮的广泛应用提供了充分的理论方案和可行性分析。     

移栽机自动升降底盘设计与试验研究

针对旱地移栽机插深一致的需要,设计了一种基于双四杆机构的移栽机自动升降仿形底盘,包括底盘机架、导向轮、驱动轮、仿形机构、升降机构和液压控制回路等。对双四杆底盘升降机构进行理论分析,建立了底盘升降高度与液压缸伸缩量之间的数学模型。用Solid Works建立了该移栽机升降底盘的虚拟样机模型,并将虚拟样机模型导入ADAMS中,基于ADAMS/Hydraulics建立了移栽机自动升降底盘的机液联合仿真模型,进行机液联合仿真分析,得到了底盘高度、液压缸受力等相关参数变化。仿真结果验证了理论分析了的正确性,表明所设计的底盘升降机构和液压回路能够满足工作需求。以自制的2ZXW-2型穴盘苗自动移栽机为试验对象,以底盘和垄面间距稳定性及钵苗栽植深度均匀性作为评价指标,对样机仿形作业性能进行试验研究。试验结果表明:作业中底盘和垄面的间距能够基本保持稳定,钵苗栽植深度合格率为98%,栽植深度变异系数0.036,自动升降仿形底盘满足设计要求,很好地保证了钵苗栽植深度的均匀性。     

丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘设计与试验

针对丘陵山区农业机械通过性差、车身难以保持水平、机械化薄弱的问题,设计了一种丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘。底盘4组调平悬架的悬臂夹角可精确调节,不仅能在崎岖地面上实现全时多轮驱动、多自由度仿形行走,而且通过悬架悬臂夹角调节实现车体调平控制,同时解决丘陵山区农用动力底盘行走、作业的两大难题。底盘在仿形行走过程中,倾角传感器实时测量车身倾斜角度,并计算出各悬架悬臂夹角瞬时调节量,精确调整各悬架悬臂夹角实现底盘动态补偿调平。参照中小型东方红500型农用拖拉机设计底盘样机,建立虚拟样机三维模型,并导入动力学分析软件ADAMS中进行仿真分析,底盘在多自由度仿形行走过程中,可在0.5°精度范围内实现动态调平。研制小比例样车,通过土槽试验验证底盘在多自由度仿形行走过程中,可在1°精度范围内实现动态调平。仿真、土槽与自然地面试验验证了理论分析和计算结果,为丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘应用提供参考。     

丘陵山区农用自适应调平底盘设计与试验

丘陵山区地形复杂,地面凹凸不平,针对农用车辆行驶稳定性较差、车体倾斜等问题,提出一种自适应调平方法,并根据丘陵山区农用动力底盘作业要求,设计一种自适应调平悬架及应用该悬架的自适应调平底盘。建立虚拟样机三维模型,并导入动力学分析软件ADAMS中进行仿真分析,将底盘仿真过程中的侧倾角和俯仰角与四轮刚性底盘在同等条件下仿真得到的侧倾角和俯仰角对比,自适应调平底盘参考某种作业环境在幅值和波长特定的波形地面上行走作业时,侧倾角和俯仰角之和可降低60%左右。通过对样机土槽试验结果分析,证明自适应调平方法的可行性和仿真分析的正确性。     

柔性底盘自走式高地隙喷杆喷雾机的设计

针对我国中小型植保机操作舒适性差、路况颠簸机架开焊的现状,设计了一种旱田专用的柔性底盘自走式喷杆喷雾机。高地隙喷杆喷雾机主要由底盘、动力系统、喷药系统及液压系统等部件组成。喷雾机前桥采用单轴铰接柔性减震,后轮采用独立柔性弹簧双轴减震机构;传动系统采用后轮链式两轮驱动,喷药系统采用全液压控制喷药及喷杆折叠。试验表明:该机作业效率高、可靠性强、操作方便,在满足农业要求的同时解决了颠簸机架开焊的问题。