多功能遙控作業(yè)車的研制

王永振，樊桂菊，仉 利，馮海明

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，泰安 271018）

0 引言

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化調(diào)整，果園和溫室大棚生產(chǎn)有了飛速發(fā)展，其生產(chǎn)結(jié)構(gòu)漸趨成熟，種植面積和產(chǎn)量穩(wěn)步提升[1-4]。小型農(nóng)業(yè)機(jī)械在果園和溫室大棚種植管理方面發(fā)揮著重要作用，但傳統(tǒng)的小型農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)時(shí)需要人工現(xiàn)場操作，工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全性低成為生產(chǎn)中的重大難題[5，6]。因此，研究一種智能化的小型農(nóng)業(yè)機(jī)械是實(shí)現(xiàn)果園和溫室大棚節(jié)本增效的有效途徑。

本文將提出基于ARM的小型多功能遙控作業(yè)車的研究，研制開發(fā)一套實(shí)用、可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和自適應(yīng)油門控制的緊湊作業(yè)機(jī)械，將其用在溫室大棚和矮化果園中，實(shí)現(xiàn)在環(huán)境舒適的監(jiān)控站等場所對該農(nóng)業(yè)機(jī)械的遙控操作。通過對該遙控作業(yè)車的操作，使操作者在遠(yuǎn)方監(jiān)控室對機(jī)械和田間作物進(jìn)行監(jiān)控，提高操作者舒適度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度[7-9]。該項(xiàng)目不僅提高了農(nóng)田作業(yè)機(jī)械的智能化，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)提供一種先進(jìn)的技術(shù)裝備，還將為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航研究提供研究基礎(chǔ)和平臺，必將促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級。

1 作業(yè)車總體方案設(shè)計(jì)

為了輸出較大驅(qū)動(dòng)力并便于控制，整機(jī)的所有工作裝置均采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、車架、行走裝置和輔助工作裝置等組成。其中動(dòng)力系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)或蓄電池等；傳動(dòng)系統(tǒng)包括帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等；液壓系統(tǒng)包括液壓管路、齒輪泵、液壓馬達(dá)、液壓缸以及壓力變送器等；電氣系統(tǒng)包括電磁閥、繼電器以及線路等。

整臺機(jī)器的動(dòng)力由汽油機(jī)（大棚由蓄電池加電機(jī)）提供，帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪泵，為整套液壓系統(tǒng)提供高壓油。通過電磁閥，控制各個(gè)回路的通斷，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)各個(gè)工作裝置。行走機(jī)構(gòu)靠兩個(gè)行走液壓馬達(dá)提供驅(qū)動(dòng)力，大臂的舉升靠兩個(gè)同步液壓缸提供動(dòng)力。各種液壓工作附具通過快換裝置連接在掛架上，由快換接頭連接，形成完整的液壓系統(tǒng)回路。

圖1 遙控作業(yè)車結(jié)構(gòu)示意圖

為了適應(yīng)大棚和矮化果園作業(yè)，整個(gè)車體設(shè)計(jì)的比較緊湊。車體通過銷軸連接在行走機(jī)架上，發(fā)動(dòng)機(jī)通過減震裝置安裝在車體的后半部分，遙控裝置通過控制多路電磁閥，實(shí)現(xiàn)對整臺機(jī)器的操控。大臂通過鉸鏈軸安裝在機(jī)體后上方，大臂前端安裝鉸接機(jī)架，掛架上有快換銷軸，能夠連接不同的輔助工作裝置（鏟斗、挖掘裝置、開溝機(jī)、破碎機(jī)、鉆孔施肥器等）。

2 作業(yè)車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

小型農(nóng)業(yè)機(jī)械以其優(yōu)良的使用性能近幾年在我國發(fā)展起來并受到農(nóng)民歡迎，但其在使用過程中還存在著作業(yè)環(huán)境惡劣（如農(nóng)藥毒性大，灰塵多，地面坑洼不平等），舒適性差等問題[10-12]。因此本次設(shè)計(jì)考慮到以上因素，專門為小型多功能作業(yè)車設(shè)計(jì)開發(fā)了一套實(shí)用可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和由單片機(jī)控制的油門控制系統(tǒng)，讓操作者可以在環(huán)境舒適的遠(yuǎn)程監(jiān)控端實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程控制與操作。

對于作業(yè)車遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須要滿足使用方便、易操作和安全性高等要求。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)目標(biāo)：

（1）采用人機(jī)交互模式，監(jiān)控中心軟件界面設(shè)計(jì)美觀，操作快捷、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠；

（2）無線傳輸網(wǎng)絡(luò)性能要滿足穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速率快的特點(diǎn)；

（3）下位機(jī)系統(tǒng)工作電壓為5～12 V，工作環(huán)境溫度為-15～50℃；

（4）監(jiān)控中心提供攝像頭云臺控制，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)監(jiān)控的角度，提供日志功能，對監(jiān)控的操作進(jìn)行記錄。最大限度地實(shí)現(xiàn)維護(hù)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定；

（5）系統(tǒng)油門自適應(yīng)控制響應(yīng)迅速、靈敏；當(dāng)下位機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備一定的應(yīng)急措施。

3 結(jié)論

針對小型農(nóng)用機(jī)械在矮化果園和溫室大棚作業(yè)過程中存在的操作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全性低等問題，研究設(shè)計(jì)了一種小型多功能遙控作業(yè)車。該作業(yè)車集成了機(jī)械、液壓、自動(dòng)控制和電子信息等眾多技術(shù)，以上下位機(jī)的形式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了在環(huán)境舒適的監(jiān)控站對作業(yè)車的遙控操作。該車具有響應(yīng)迅速，動(dòng)作執(zhí)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了其人身安全，提高了作業(yè)車的智能化水平。

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