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)     

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。     

丘陵山区果园作业平台的设计与试验

为解决目前丘陵山区修剪果树和采摘果实主要靠爬树、登梯容易造成失稳及现有机械不能自动调平的问题,设计了丘陵山区果园作业平台。经计算和分析,确定该机配套动力为13.2k W小四轮拖拉机,采用静液压三角形调平机构和180°回转结构,可实现工作平台的自动调平和回转。对升降平台进行性能检测,结果表明:其工作性能稳定,最大承载质量150kg,最大提升高度1.5m,回转转速0.1r/min,升降速度0.1m/s,水平面、10°和2 0°坡面上调平误差均在0°~3°范围内,满足设计要求。     

基于机器视觉的果园喷药除草机器人视觉系统设计

果园环境路面条件差、路面崎岖、颠簸,且果园环境的光照条件变化明显,对机器人视觉系统的图像处理单元具有高运动噪音干扰和高光照条件变化干扰的特点.当前我国泛用型除草机器人视觉系统普遍不适用于果园环境,其识别效率较低、可靠性较差,针对这一问题,提出一种基于机器视觉的果园喷药除草机器人视觉系统.该视觉系统将2G—R—B模型、O...     

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。     

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。     

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。     

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.     

果园电动自走式履带底盘动力系统匹配设计与试验

果园作业包括除草、喷雾、碎枝、采摘以及搬运等,作业种类繁多,作业空间狭闭且环境复杂,对作业机械的动力要求较高。针对现有电动底盘在动力方面无法满足果园多种作业要求的问题,对果园履带式底盘进行电动动力系统的匹配设计。在对电动自走履带式底盘的总体结构和工作原理进行阐述的基础上,进行动力系统匹配的理论分析和初步设计;建立果园电动自走履带式底盘动力系统的仿真模型,验证动力系统匹配设计的理论分析结果;研制底盘样机,并进行动力系统试验。结果表明:底盘最高行驶速度平均值为6.52km/h,两种爬坡工况底盘行驶速度为1.75km/h和1.28km/h,续航里程约为17.8km,满足果园多样化作业对作业机械动力的设计要求。     

新型果园除草机的参数分析与设计

太行山区果园地表贫瘠、耕层土壤少、石砾多,果树生长的同时果园内野草蔓生。除草的难题不仅在于山区果园地域广袤,青壮劳动力匮乏,而且人工成本日益攀升,再加上果树株行距较小、地面崎岖不平,以及遍布各处的、大小与形状各异的石块与树枝等杂物,传统除草机械在此环境中无法运行,开发一款适应山区果园的新型除草机械迫在眉睫。以"特色农机装备研究与开发"项目为依托,开发了一款挠性除草部件离心式除草机,配备小型四轮拖拉机,具有机动灵活、除草效果好、适应多砾石果园等特点;但其高速旋转的工作部件(动刀头—特型挠性结构)不可避免地会与草间石块等异物发生碰撞,致使动刀头应力过大而崩裂。为此,对动刀头与石块撞击后的受力进行了理论分析与参数结构设计,经实地检验,该机具清除杂草0.13hm2/h左右,除草效果良好,且具有相对较长的使用寿命[1-2]。     

丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机设计与试验

针对丘陵果园传统大型施药装备入园难、施药劳动强度大、作业效率低及药液浪费严重等问题,根据丘陵果园农艺特点和病虫害防治需求,设计一种丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机,可配合植保无人机作业,提升果树冠层药液覆盖效果。喷雾机上集成靶标探测追踪系统与自主导航系统,靶标跟随喷雾机构采用双喷头联动式设计,喷雾角度与高度的调节范围根据雾滴运动规律进行确定,实现了果园植保自主作业。果园试验结果表明,对靶喷雾时果树冠层不同高度叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.22%,同一高度不同采样点叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.56%,相比于非对靶喷雾,喷施用水量、地面流失量与冠后飘移流失量分别降低26.70%、84.93%和53.50%,在减少药液浪费的同时,有效提高了果树冠层中下部叶片正面的雾滴分布均匀性。