農業生產安全管理衛士的設計研究

塔里木大學機械電氣化工程學院 王甜甜 劉 川 車虎軍 郭小康 馬 澤 李曉勤

農業生產安全管理衛士的設計研究

塔里木大學機械電氣化工程學院 王甜甜 劉 川 車虎軍 郭小康 馬 澤 李曉勤

隨著科學技術的進步，智能化管理機器人開始走進各個領域，它的出現給人們的生活帶來了極大大便利。但針對農牧漁業安全管理方面的智能化產品甚少，現有陳舊的管理方式對于現代化農業的生產帶來的幫助日益降低而出現了諸多問題。例如在種植業方面在新疆、寧夏、內蒙等地區每年因鳥類啄食葡萄、枸杞、稻谷、豆類、果蔬等農作物讓糧食大量減產，還有夜間偷盜和破壞農作物也是讓種植戶十分頭疼的問題。在漁牧業方面，如魚塘養殖、牛羊群管理、夜間安全巡邏等方面也會遇到很多問題，所以農業智能機器人具有很強的推廣價值。

超聲波驅鳥；巡邏監控；模塊化設計；農業機器人

1.引言

中國是一個農業人口眾多的農業大國，隨著我國機器人技術的提高以及國民經濟的快速發展,我國農業機器人的發展將出現新的機遇。機器人正在慢慢替代人們從事在艱苦條件下的體力勞動，極大地提高了勞動生產率，是農業智能化必不可缺少的重要環節。在美國等一些發達國家,農業人口的減少隨著農業生產的多樣化和勞動力短缺的矛盾日漸突出,許多勞作如瓜果蔬菜的挑選與采摘等都是密集型勞動工作。而我國將面臨著比世界任何國家都要嚴重的老齡化問題，農業勞動力不足的問題將日益凸現。因此，我國非常重視農業機器人的研究開發，投入了大量的資金和人力。農業機器人可以從事單調重復以及繁重的工作，如藥物投放、夜間安全巡邏等工作，其效率非常高可有效解放大量人力資源。

本文設計的農業生產安全管理衛士以履帶機器人與無人機相結合的統一體為工作載體，采用不同的模塊化設計解決出現的諸多問題，履帶機器人底座可以適應多種不同地形環境，無人機部分可以很快了解田地、魚塘、羊群的詳細情況，代替人工自動進行地面數據監控、安全巡邏、意外報警、魚塘營養液的自動投放、釋放特定超聲波驅趕鳥類等有破壞性的動物，做到農業智能化管理。

2.設計研究過程

2.1 功能設計與研究對象

主要功能：設計的農業生產安全管理衛士-智能機器人可適應多種不同地形環境，可以詳細記錄農田、魚塘、牛羊群、蔬菜大棚、倉庫的詳細情況，代替人工自動進行監控報警、安全巡邏、魚塘營養液的自動投放、釋放特定超聲波驅趕鳥類等有破壞性的動物，以減少糧食損耗。此外智能機器人外加入太陽板可以在一定程度上增加續航能力。農業生產安全管理衛士-智能機器人采用了模塊化設計，通過轉換不同的模塊就可以實現管理、監控、安全巡邏等不同功能，其工作靈活可廣泛運用于農牧漁等領域。

研究對象：以履帶機器人與無人機相結合的統一體為工作載體，采用不同的模塊化設計解決出現的諸多問題并進行深入的研究與設計。

2.2 實驗設計步驟

（1）前期準備：學習相關知識，做好理論研究，制定最為合理的方案。

（2）仿真實驗：根據最終制定的方案對控制系統進行仿真模擬，及時修改校正參數。

（3）實驗設計：主要研究履帶機器人如何測量障礙物間的距離、研究履帶機器人與無人機的統一性、研究安全管理衛士-智能機器人的可靠性、研究無人機部分的飛行特性、研究驅鳥超聲波裝置的性能以及投射器的工作原理等。根據要求可確定如下設計重點：1）主控系統；2）自動巡邏模塊；3）避障模塊；4）底盤驅動模塊；5）飛行模塊；6）管理模塊；7）報警模塊。

（4）實物制作：運用購買的材料和設備根據設計重點分步制作出安全管理衛士-智能機器人。

（5）分析實驗：對制作的裝置進行調試試驗，找到存在的問題，不斷改進。

（6）完善實驗：解決所有的問題并對外觀進行包裝處理。

2.3 軟件開發流程與系統組成

農業機器人的軟件開發流程與系統組成如圖1、圖2所示：

圖1 軟件開發流程

圖2 系統組成