基于無人駕駛的步行插秧機(jī)輔助行走機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、水稻作為人類的主要糧食作物養(yǎng)育著世界近50％的人口，在人類的生存和發(fā)展中占有重要地位。水稻約占我國糧食總產(chǎn)量的40％，是我國第一大糧食作物，其生產(chǎn)關(guān)乎國家的糧食安全。然而近年來，一方面，隨著人口增長，水稻需求量越來越大;另一方面，可耕地資源及農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的減少，提出對水稻生產(chǎn)更加高效、節(jié)約資源、減輕勞動強(qiáng)度和改善作業(yè)環(huán)境等要求，實(shí)現(xiàn)水稻栽植機(jī)械自動化作業(yè)是解決上述問題的有效途徑，因此，研究智能化水稻栽植機(jī)械有著非常重要的意義。步行插秧機(jī)

2、是三種類型（高速、普通乘坐和步行插秧機(jī)）中唯一雙腳與土地接觸的作業(yè)方式，由于北方寒地插秧季節(jié)氣候寒冷，雙腳與冰冷的土地接觸，是一項(xiàng)非常艱苦的勞動，年復(fù)一年，很多農(nóng)民患上了關(guān)節(jié)炎等疾病。步行插秧機(jī)由于其輕便、操作靈活、過埂和防陷性能好，特別適用于泥腳深的水田，是一種不可或缺的機(jī)型。無人駕駛技術(shù)可以免去農(nóng)民下田的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)化成本?。ㄑ兄瀑M(fèi)用3000元左右），而且可以充分發(fā)揮回轉(zhuǎn)式移栽機(jī)構(gòu)的高效率。該研究以步行插秧機(jī)為平臺，通過設(shè)計(jì)輔助行

3、走機(jī)構(gòu)代替人工駕駛，并設(shè)計(jì)遙控系統(tǒng)和末端氣動執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步行插秧機(jī)智能化田間作業(yè)，主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)通過分析步行插秧機(jī)在人工駕駛情況下的田間作業(yè)過程，插秧機(jī)自身的液壓仿形系統(tǒng)原理和液壓升降系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)關(guān)系，發(fā)明了兩種不同的輔助行走機(jī)構(gòu)，針對輔助行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一，分析了機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律，建立機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型;
　　(2)借助CAA技術(shù)，利用Visual Basic6.0軟件開發(fā)平臺，根據(jù)輔助行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和

4、步行插秧機(jī)自動化田間作業(yè)的運(yùn)動要求，確定機(jī)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)?；谒⒌倪\(yùn)動學(xué)模型，開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析軟件。同時，利用課題組提出的“參數(shù)導(dǎo)引”啟發(fā)式優(yōu)化算法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速優(yōu)化，得出了滿足無線遙控步行插秧機(jī)田間作業(yè)要求的參數(shù)組;
　　(3)依據(jù)優(yōu)化參數(shù)組，應(yīng)用CAD2007軟件進(jìn)行二維圖紙繪制，并用CATIA軟件建立三維模型，進(jìn)行零件之間干涉檢查，完成機(jī)構(gòu)裝配，將建立好的虛擬樣機(jī)模型經(jīng)中間格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入到ADAMS仿真軟件中，

5、添加運(yùn)動副、驅(qū)動及載荷得到虛擬仿真模型，完成仿真分析后，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸出，根據(jù)仿真結(jié)果分析輔助行走機(jī)構(gòu)的升降高度和插秧機(jī)在升降過程中傾斜度變化關(guān)系，并與優(yōu)化軟件和機(jī)構(gòu)分析結(jié)果相對比，檢驗(yàn)理論模型的正確性;
　　(4)為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案二的可行性，進(jìn)行物理樣機(jī)試制與裝配，并設(shè)計(jì)了單片機(jī)信號傳輸與處理模塊和末端氣動執(zhí)行模塊，最后在水田規(guī)格為10×20 m，泥水深度為15～25 cm中進(jìn)行遙控試驗(yàn)，插秧機(jī)的行走速度設(shè)定為0.45m/s和0.9