農(nóng)用智能履帶車設(shè)計(jì)

于光輝+張騫+向陽+張清晨+馬童童+龐靖

摘 要：針對(duì)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展仍處于初級(jí)階段，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)還較為薄弱，農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化水平還比較低，特別是在丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化方面遠(yuǎn)不如西方國家的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)了一種適用于丘陵山區(qū)地塊的多功能智能履帶車。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：（1）車身結(jié)構(gòu)上，考慮丘陵山區(qū)復(fù)雜的地形，采用雙排鏈輪傳動(dòng)的寬履帶式履帶車，并配以減震機(jī)構(gòu)，克服普通農(nóng)用機(jī)械在復(fù)雜路況的行進(jìn)難問題，并有效的保證了車身運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；（2）在提升裝置上摒棄傳統(tǒng)的以石油為主要能源的液壓提升裝置，將其換為本項(xiàng)目組成員自主研發(fā)的電機(jī)-絲桿-滑塊機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合而成的提升裝置，有效避免了液壓提升在復(fù)雜工況下的油液易泄露。（3）在連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，多處采用杠桿原理，提高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率；（4）履帶車配備以多個(gè)單片機(jī)為控制核心的藍(lán)牙及無線傳輸模塊，圖像傳輸模塊，北斗、GPS雙模定位模塊等，從而實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)動(dòng)和作業(yè)的遠(yuǎn)程智能控制。

關(guān)鍵詞：智能履帶車；減震機(jī)構(gòu)；雙重自鎖懸掛提升裝置；北斗、GPS雙模定位；圖像傳輸模塊

中圖分類號(hào)：S229.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0066-01

1 引言

我國丘陵山區(qū)占國土面積的43%以上，人口占全國的50%以上。丘陵山區(qū)地塊小、形狀不規(guī)則、相鄰地塊高差大，田間道路狹窄，坡陡彎急。市場上現(xiàn)有的平原農(nóng)機(jī)產(chǎn)品因整機(jī)尺寸過大、通過性差，其次，提升裝置中多采用液壓提升，在復(fù)雜工況下材料選擇要求高、油液易泄露、加工成本高、工作環(huán)境要求高等問題，在丘陵山區(qū)的農(nóng)田作業(yè)效果較差，這就要求在丘陵山區(qū)作業(yè)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)靈活、通過性強(qiáng)，并具有可靠性高。

2 設(shè)計(jì)方案

針對(duì)上述問題我們自主設(shè)計(jì)了具有減震機(jī)構(gòu)和雙重自鎖懸掛提升裝置的農(nóng)用智能履帶車，在確保作業(yè)環(huán)境安全的前提下，實(shí)現(xiàn)丘陵山區(qū)行車、作業(yè)。此外，該車配有北斗、GPS雙模定位，圖像傳輸系統(tǒng)，能夠完成圖像采集，視頻成像及對(duì)周邊路況進(jìn)行檢查等功能，可進(jìn)行相應(yīng)的農(nóng)業(yè)土壤、作物生長狀況等各方面信息的采集，實(shí)現(xiàn)農(nóng)用智能履帶車的智能化工作。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 整體設(shè)計(jì)

由于丘陵山區(qū)地塊地形復(fù)雜，普通農(nóng)用機(jī)械在這些地方運(yùn)動(dòng)較為困難，大多數(shù)農(nóng)用機(jī)械在生產(chǎn)和使用過程中都存在重量重，對(duì)地面壓力大，震動(dòng)較強(qiáng)，沖擊大的缺點(diǎn)，本項(xiàng)目針對(duì)農(nóng)用機(jī)械存在的這些問題，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。在鏈輪設(shè)計(jì)上，本項(xiàng)目采用雙排鏈輪作為主動(dòng)輪，并配以相應(yīng)的履帶，以增大車身與地面的接觸面積，減小車身對(duì)地面的壓力。

3.2 懸掛提升裝置設(shè)計(jì)

為了解決液壓缸提升裝置在控制提升高度上，其自鎖機(jī)構(gòu)單一、支撐強(qiáng)度低、操作難度大、穩(wěn)定性能差等問題，提高機(jī)器的安全性能和工作效率，本懸掛提升裝置采用自鎖絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)對(duì)提升裝置進(jìn)行多重自鎖。

懸掛提升裝置將提升桿和搖桿分別鉸接在機(jī)架上，提升桿的一端為被提升裝置的連接端，提升桿的另一端通過連接桿與搖桿連接，提升桿、連接桿、搖桿和機(jī)架構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)；所述自鎖絲杠螺母副包括絲杠和絲杠螺母，傳動(dòng)桿的一端與搖桿鉸接，傳動(dòng)桿的另一端通過平動(dòng)軸與絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)連接；絲杠一端通過絲杠支座轉(zhuǎn)動(dòng)連接在機(jī)架上，絲杠另一端與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸同軸傳動(dòng)連接，步進(jìn)電機(jī)固定設(shè)置在機(jī)架上，通過步進(jìn)電機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)裝置的升降。

4 控制模塊設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)簡介

主要包括一套89C51系統(tǒng)電路、GPS北斗雙模定位系統(tǒng)電路、遙控系統(tǒng)電路、12鍵遙控器、藍(lán)牙及無線傳輸系統(tǒng)電路、圖像傳輸系統(tǒng)電路等。

4.2 GPS、北斗雙模定位系統(tǒng)

GPS、北斗雙模定位系統(tǒng)的核心是和芯星通UM220-III N雙系統(tǒng)高性能GNSS模塊，基于雙系統(tǒng)多頻率高性能SoC芯片，能夠同時(shí)支持BD2 B1、GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)。UM220-III N外形尺寸緊湊，采用SMT焊盤，支持標(biāo)準(zhǔn)取放及回流焊接全自動(dòng)化集成，尤其適用于低成本、低功耗領(lǐng)域。

GPS、北斗雙模定位系統(tǒng)輔以衛(wèi)星顯控軟件CDT，為UM220-III N用戶提供圖形化界面，通過該軟件用戶可以便捷地控制接收機(jī)并進(jìn)行功能設(shè)臵、獲取所需信息。

通過采用GPS、北斗雙模定位系統(tǒng)大大提高了作品的定位精度，便于智能控制該作品在一定范圍內(nèi)進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)等其他工作。

4.3 圖像傳輸系統(tǒng)

圖像傳輸系統(tǒng)由高清晰成像WEB攝像頭、信號(hào)接受電視、兩個(gè)3115舵機(jī)、單片機(jī)、繼電器、無線攝像頭、遙控接收/發(fā)射器、驅(qū)動(dòng)電路等組成。兩個(gè)3115舵機(jī)可通過兩自由度云臺(tái)搭載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全方位的攝像，完成圖像采集。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用自主研發(fā)的電機(jī)-絲桿-滑塊機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合而成的提升裝置，有效避免了液壓提升在復(fù)雜工況下的油液易泄露，工作環(huán)境要求高，加工成本高等一系列問題，在連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，多處采用杠桿原理，提高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，并利用電機(jī)-絲桿-滑塊機(jī)構(gòu)，以及連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電器、機(jī)械雙重自鎖，提高提升裝置工作的穩(wěn)定性和安全性。

（2）采用減震彈簧-絞架-帶邊軸承復(fù)合機(jī)構(gòu)組成減震系統(tǒng)，有效降低了復(fù)雜路況帶來的車身的震動(dòng)和沖擊。

（3）加入了基于、GPS雙模定位系統(tǒng)，更有利于增加該作品在丘陵山區(qū)的定位精度，使該作品更加智能化，可按照人的需求在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕作，更廣泛點(diǎn)可擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)種植、播種等領(lǐng)域，甚至于核工業(yè)、軍事、燃化、鐵路等其他領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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