丘陵山地果园全液压遥控式履带动力底盘设计与试验

针对目前丘陵山地果园作业农用底盘整机体积大、行驶作业操作繁琐和通过性差等问题,结合丘陵山地果园开沟、除草和修剪等农艺管理环节的实际需求,设计了一款全液压遥控式履带动力底盘。首先,对动力底盘的整机结构和工作原理进行了阐述;其次,对前置挂载机构、行走系、变幅宽底盘、液压系统、遥控系统等关键部件进行设计和相应的匹配选型;最后,对整机进行了性能试验。试验结果表明：动力底盘在最小幅宽（1220mm）和最大幅宽(1620mm)的直线行驶偏移率分别为2.24％和2.2％,均满足相应国家标准（≤6%）要求。底盘的转向机动性能良好,最小幅宽原地转弯半径为905mm,可适应丘陵山地果园相对狭窄的坡地作业环境。遥控操作上下斜坡、翻越田埂、跨越畦沟等过程平稳,满足丘陵山地果园非结构化地形行走要求。挂载链式开沟器进行开沟作业时,沟深稳定系数为88.5%,沟宽稳定系数为92.5%,满足国家标准（≥85%）要求。整机工作性能满足丘陵果园复杂坡度地形管理作业要求,可为丘陵山地果园田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑。     

基于自抗扰控制的双重转向运动控制系统设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间转向效率,设计了一种基于自抗扰控制的农业机器人底盘双重转向运动控制系统。根据苹果种植农艺需求和行驶环境,确定了底盘组成和主要技术参数,开展了硬件系统搭建和部件选型。建立了底盘4自由度动力学模型,明确了衡量转向效率的状态空间方程。提出了一种基于自抗扰控制的双重转向控制策略,建立了Simulink动力学仿真模型,并进行了转向仿真模拟。仿真结果表明,自抗扰双重转向运动控制模型横摆角速度为0.241rad/s,转弯半径为1.96m,扰动恢复时间为1.04s,相较于传统PID双重转向控制模型,该模型横摆角速度更大、转弯半径更小、恢复稳定状态更快。田间试验结果表明,底盘平均横向偏移距离为18.5cm,滑移率为4.84%,大半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值相比阿克曼转向控制分别减少0.60、0.57m,平均转向时间减少4.70、3.41s。小半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值比阿克曼转向控制分别减少0.52、0.49m,平均转向时间减少10.27、8.22s。     

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。     

新型果园除草机器人结构设计与切割仿真分析

针对我国现状设计了一种适用于果园矮砧密植栽培模式的除草机器人,采用Pro/E建立了机器人各零部件的三维实体模型并完成了整机结构的约束装配,通过ADAMS软件对模型运动进行仿真验证了割刀运动规律理论分析的正确性。利用非线性显式动力学有限元软件LS-DYNA建立了割刀实体、土壤材料及切削有限元模型,并进行了割刀切削土壤过程的动力学仿真,得到了切削过程割刀等效应力、能量消耗、切削阻力的变化规律和特性,由仿真结果对比分析得出了平面圆弧型割刀为设计时优先考虑的结论。     

广东省果园智能除草装备现状与展望

Gan Ling;Li Junlue;He Lin;Li Mutong(Guangdong Institute of modern Agricultural Equipment,Guangzhou 510630,China;Guangdong Hongke Agricultural Machinery Research & Development Co.,Ltd.,Guangzhou 510630,China)     

丘陵山区小型农机底盘自动调平系统设计与试验

为解决农机在丘陵山地坡度大、地块小等复杂地形下作业的稳定性差、效率低与驾驶安全舒适性差等问题,本文提出了一种丘陵山区小型农机底盘的自动调平系统设计方案,该系统整合了行驶系统、控制系统和调平执行机构。设计了自平衡的三点调平系统,前方调平机构采用被动减震技术处理高频扰动,后方则利用双导柱式伺服电缸确保运动轨迹的精确与稳定;开发了以单片机为核心的控制系统,结合以伺服电缸为主的电控技术,实现作业底盘倾斜角度的自动调节,提高农机在丘陵山区多样性地形下的稳定性和作业效率。为满足农机在复杂地形中对承载与稳定性的要求,调平策略采用了设 定点不动调平法并对其运动过程进行了分析。最后经过静态试验验证,该系统可以使不同初始俯仰角和横滚角倾斜状态调 整为-0.2°~0.2° 的设定状态,动态试验验证了实际工作时可以在2 s 内将底盘倾角调整为-1.2°~1.2°且标准偏差约为 0.8°, 达到设计预期目标。     

果园多功能动力底盘设计与试验

为解决果园作业机械适应性差、配套动力小、地隙高、转弯半径大、通过性差等问题,结合果园栽培模式和农艺等要求,设计了一种果园多功能动力底盘。对果园多功能动力底盘的整机结构和工作原理进行了阐述,设计了行走动力系统和后动力输出系统以及3路双作用液压快速挂接系统;对整机的转向性能、稳定性能、越埂性能进行了理论分析。对机架进行了有限元仿真分析,结果表明,在满载四轮着地状态下,车架最大变形发生在中间横梁部位,总变形量为5.08mm,最大等效弹性应变为0.0035,最大等效应力发生在前桥和车架铰接处,为390.52MPa;在满载三轮着地状态下,车架最大变形发生在侧梁部位,总变形量为20.74mm,最大等效弹性应变为0.0058,最大等效应力发生在前桥和车架铰接处,为805.46MPa。整机果园田间试验结果表明,果园多功能动力底盘行驶速度为0~35km/h,田间作业速度为1~6km/h,最小转弯半径为2m,最大爬坡角为24°,最大越埂高度为235mm,可挂接多种农具,能够满足果园的田间生产管理作业要求。     

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。     

丘陵履带式甘蔗收获机底盘调平机构设计与试验

针对履带式甘蔗收获机在横向斜坡的丘陵山地作业时容易侧翻问题,设计了一种适用于履带式甘蔗收获机的底盘调平机构。基于履带式甘蔗收获机中间有甘蔗输送通道的特点,提出了两侧设置调平机构的方案。开展了底盘调平机构关键部件参数设计和各调整油缸受力分析。根据相似性原理搭建缩小比例的试验平台,对试验平台进行了横向倾翻分析和横向姿态调整试验。理论计算和试验结果表明,横向调整后横向倾翻角比调整前横向倾翻角大,横向倾翻角得到提升,调平底盘可以有效改变整机质心,在一定程度上提升了整机横向稳定性。横向倾翻试验中,调整前横向倾翻角为24.31°,横向调整后横向倾翻角为27.52°,横向调整后横向倾翻角提高13.20%。横向姿态调整试验结果表明,横向调整角最大10°,调整时间为1s,调整精度在0.5°以内,验证了机构横向姿态调整的可行性。在底盘调平机构初始状态,调整油缸所受负载最大值为871.61N,换算成样机所需推力为55783.04N。     

株间锄草机器人刀苗信息优化系统设计与试验

为提高株间锄草机器人机器视觉刀苗信息获取精度,提出采用里程信息和视觉信息融合的刀苗距优化方法,设计了基于C8051F020单片机的刀苗距优化系统,分析了优化系统构成,为提高里程精度和系统抗振动干扰能力,设计了精准里程采集逻辑电路对测速脉冲进行倍频、辨向及逻辑处理。根据里程信息与视觉信息相对误差的分布规律提出了双阈值权重判断算法对刀苗距进行优化,并给出了软件实现流程。刀苗距优化试验发现该系统可有效过滤机器视觉出现的错误和不稳定信息,静态测试刀苗距误差达6.7 mm,误差减小10.3%。模拟锄草试验表明,在动态下该系统可降低锄刀多转可能性,提高系统的稳定性。     

智能锄草机器人系统设计与仿真

针对锄草机器人田间运动及锄刀避苗锄草等作业问题,阐述了智能锄草机器人系统工作原理,研究了移动机器人平台,平台为四轮驱动、四轮独立转向,可实现运动速度在0～1.5 m/s内连续可调,每组转臂可绕其自身Z轴360°自由旋转.设计了三指手爪锄草机械手,三指公转,其中一指为活动手指可同时自转,锄草机器人工作时两个固定指的割刀连续入土锄草,系统根据机器视觉苗草位置信息,通过控制活动手指的旋转速度与方位角实现瞬时位置调整,进而通过拟合指端旋移曲线即可完成锄草和避苗等作业任务.苗间锄草仿真分析表明,在有效避苗基础上,作物行两侧各布置一组锄草机械手时锄草率可达90％以上.     

基于蓝牙的果园机器人遥控系统研究

随着科技发展以及高新技术的不断涌现,农业机器人已逐步进入实际应用阶段。为了进一步提高农业机器人的可操作性,降低劳动强度,以果园机器人为研究对象,利用蓝牙技术传播距离远、受外界干扰小等优点,结合单片机技术设计并实现了对果园机器人运动的无线遥控。     

基于玉米根系保护的株间除草机器人系统设计与试验

针对株间机械除草时末端执行器存在损伤玉米根系风险的问题,提出了一种基于玉米根系保护的除草铲土上避苗除草模式,并设计了一套智能株间除草机器人系统.该机器人系统由机器人移动平台、除草装置、视觉检测系统和控制系统组成.其中视觉检测系统采用YOLO V4网络模型来检测玉米苗和杂草;除草装置是基于除草铲空间立体运动轨迹设计,使得...     

一种三角履带式果园动力底盘的设计与研究

针对南方丘陵地区在水果生产中存在劳动强度较大、现有机械设备较少及人工作业效率较低等现象,以及已有机械在丘陵地区果园作业时存在通过性不强、稳定性不好等问题,设计并制造了一种三角履带式果园动力底盘,该底盘外形尺寸小、制造成本低、行走操作简单、稳定性好,能够适应南方丘陵地区果园作业环境。对底盘进行了模拟实际工作环境条件下的平地性能、爬坡性能、转弯半径、跨越壕沟、跨越垂直障碍物测试试验,各项指标均满足设计要求。结果表明:底盘的行驶速度为0.22~0.36m/s,最大爬坡角度为15°,转弯半径为750~1 340 mm,最大跨越壕沟宽度为5 0 0 mm,最高跨越垂直障碍物高度为5 2 8 mm,满足实际工作要求。     

苗间锄草机器人锄草刀优化设计

建立了苗间锄草机器人锄草刀的运动学模型,并通过仿真锄草刀工作过程设计了锄草刀的运动轨迹。选取锄草刀的不同参数和水平进行正交试验,将覆盖率和入侵率代替除草率和伤苗率作为评价指标,分析了锄草刀直径、豁口夹角、刀刃切除距离、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距等因素对苗间除草效果的影响,优化出最佳结构参数组合为:锄草刀直径175 mm、豁口夹角140°、锄草刀圆心与作物秧苗行线的偏距45 mm、刀刃切除距离10 mm。验证试验结果表明,模拟仿真及正交试验优化结果准确有效,样机作业效果良好,平均除草率为88.5%,伤苗率仅为1.6%。     

山地果园链索运送装备运动传感系统设计

为获取山地果园链索运送装备工作过程中的牵引链索运动状态,采用混合滤波算法设计了一种基于图像实时采集技术的运动传感系统。利用两组高速工业相机对轴向运动的牵引链索进行捕捉,通过Cortex-A9控制板融合混合滤波算法与自适应阈值二值化对图像进行处理,实时识别牵引链索的空间位置变化。试验结果表明:所设计的运动传感系统可以快速准确获取链索运行状态,图像采集与处理的运算速度能够满足链索实时控制的要求。本研究为链索类运送装备的运动采集与数据处理提供了参考。     

农用底盘主动平衡试验平台与控制系统设计与试验

常规的农用作业装备很难适应坡地作业环境,为了使作业车身在坡地作业时保持水平,以主动平衡系统作为研究对象,开发了主动平衡试验平台及控制系统。基于SimMechanics与SimHdraulics模块建立了机-电-液多物理域仿真模型;针对双作用非对称式液压油缸推程与回程运动的不同特性,采用双通道式PID控制策略进行控制,分别对液压油缸跟随响应、位移误差变化、速度阶跃响应与平台双轴倾角进行仿真分析。仿真表明,双通道PID控制下最大跟随误差为1.90mm,响应时间为0.228s,极限状态下平衡时间为2.98s。与单通道PID控制相比,其最大控制误差降低49.3%,响应速度提高了45.8%。在实验室模拟8种不同坡度,对主动平衡试验平台进行响应时间和平衡效果测试,系统响应时间为0.328s;随着坡度的增加,试验平台调平最大误差为1.14°,最大均方根误差为0.299°,主动平衡试验平台及控制系统达到了设计要求。