農用智能履帶車設計

于光輝+張騫+向陽+張清晨+馬童童+龐靖

摘 要：針對我國農業發展仍處于初級階段，農業基礎還較為薄弱，農業機械化、智能化水平還比較低，特別是在丘陵山區的農業機械智能化方面遠不如西方國家的現狀，本項目團隊自主設計了一種適用于丘陵山區地塊的多功能智能履帶車。其優勢主要體現在以下方面：（1）車身結構上，考慮丘陵山區復雜的地形，采用雙排鏈輪傳動的寬履帶式履帶車，并配以減震機構，克服普通農用機械在復雜路況的行進難問題，并有效的保證了車身運動的平穩性；（2）在提升裝置上摒棄傳統的以石油為主要能源的液壓提升裝置，將其換為本項目組成員自主研發的電機-絲桿-滑塊機構和連桿機構組合而成的提升裝置，有效避免了液壓提升在復雜工況下的油液易泄露。（3）在連桿機構的設計上，多處采用杠桿原理，提高機構的傳動效率；（4）履帶車配備以多個單片機為控制核心的藍牙及無線傳輸模塊，圖像傳輸模塊，北斗、GPS雙模定位模塊等，從而實現整車運動和作業的遠程智能控制。

關鍵詞：智能履帶車；減震機構；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：S229.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0066-01

1 引言

我國丘陵山區占國土面積的43%以上，人口占全國的50%以上。丘陵山區地塊小、形狀不規則、相鄰地塊高差大，田間道路狹窄，坡陡彎急。市場上現有的平原農機產品因整機尺寸過大、通過性差，其次，提升裝置中多采用液壓提升，在復雜工況下材料選擇要求高、油液易泄露、加工成本高、工作環境要求高等問題，在丘陵山區的農田作業效果較差，這就要求在丘陵山區作業的農機產品體積小、重量輕、運動靈活、通過性強，并具有可靠性高。

2 設計方案

針對上述問題我們自主設計了具有減震機構和雙重自鎖懸掛提升裝置的農用智能履帶車，在確保作業環境安全的前提下，實現丘陵山區行車、作業。此外，該車配有北斗、GPS雙模定位，圖像傳輸系統，能夠完成圖像采集，視頻成像及對周邊路況進行檢查等功能，可進行相應的農業土壤、作物生長狀況等各方面信息的采集，實現農用智能履帶車的智能化工作。

3 機械結構設計

3.1 整體設計

由于丘陵山區地塊地形復雜，普通農用機械在這些地方運動較為困難，大多數農用機械在生產和使用過程中都存在重量重，對地面壓力大，震動較強，沖擊大的缺點，本項目針對農用機械存在的這些問題，對機構進行設計和改進。在鏈輪設計上，本項目采用雙排鏈輪作為主動輪，并配以相應的履帶，以增大車身與地面的接觸面積，減小車身對地面的壓力。

3.2 懸掛提升裝置設計

為了解決液壓缸提升裝置在控制提升高度上，其自鎖機構單一、支撐強度低、操作難度大、穩定性能差等問題，提高機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電機對提升裝置進行多重自鎖。

懸掛提升裝置將提升桿和搖桿分別鉸接在機架上，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、搖桿和機架構成雙搖桿機構；所述自鎖絲杠螺母副包括絲杠和絲杠螺母，傳動桿的一端與搖桿鉸接，傳動桿的另一端通過平動軸與絲杠螺母轉動連接；絲杠一端通過絲杠支座轉動連接在機架上，絲杠另一端與步進電機的轉軸同軸傳動連接，步進電機固定設置在機架上，通過步進電機控制來實現裝置的升降。

4 控制模塊設計

4.1 控制系統簡介

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

4.2 GPS、北斗雙模定位系統

GPS、北斗雙模定位系統的核心是和芯星通UM220-III N雙系統高性能GNSS模塊，基于雙系統多頻率高性能SoC芯片，能夠同時支持BD2 B1、GPS L1兩個頻點。UM220-III N外形尺寸緊湊，采用SMT焊盤，支持標準取放及回流焊接全自動化集成，尤其適用于低成本、低功耗領域。

GPS、北斗雙模定位系統輔以衛星顯控軟件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并進行功能設臵、獲取所需信息。

通過采用GPS、北斗雙模定位系統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進行農業作業等其他工作。

4.3 圖像傳輸系統

圖像傳輸系統由高清晰成像WEB攝像頭、信號接受電視、兩個3115舵機、單片機、繼電器、無線攝像頭、遙控接收/發射器、驅動電路等組成。兩個3115舵機可通過兩自由度云臺搭載平臺實現全方位的攝像，完成圖像采集。

5 創新點

（1）采用自主研發的電機-絲桿-滑塊機構和連桿機構組合而成的提升裝置，有效避免了液壓提升在復雜工況下的油液易泄露，工作環境要求高，加工成本高等一系列問題，在連桿機構的設計上，多處采用杠桿原理，提高機構的傳動效率，并利用電機-絲桿-滑塊機構，以及連桿機構實現電器、機械雙重自鎖，提高提升裝置工作的穩定性和安全性。

（2）采用減震彈簧-絞架-帶邊軸承復合機構組成減震系統，有效降低了復雜路況帶來的車身的震動和沖擊。

（3）加入了基于、GPS雙模定位系統，更有利于增加該作品在丘陵山區的定位精度，使該作品更加智能化，可按照人的需求在規定的范圍內進行農業耕作，更廣泛點可擴展到農業種植、播種等領域，甚至于核工業、軍事、燃化、鐵路等其他領域。

參考文獻

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