一種多功能荒漠植被修復車的設計

王盛豪，盧德靖，賈文浩，陳毓磊，安 達

(沈陽航空航天大學 機電工程學院，沈陽 110000)

1 結構方案

1.1 底盤結構

多功能植被修復車的底盤結構如圖1所示。采取鋼架結構設計，設置了橫梁及輔梁并采用全金屬結構，使得車輛具有較高強度。在車的四周安裝了保險杠和導輪及車體底部的硬著陸結構，極大地增加了車體穩定性。該底盤設計具有較高的適配性，可以用作多種移動結構的底盤。

圖1 底盤結構方案Fig.1 Chassis structure scheme

1.2 草皮鋪設結構

草皮鋪設機構由電機限位孔、草皮安放軸、擋料塊、車架等結構組成，其中電機限位孔主要用于電機安放，通過皮帶連接草皮安放軸使其傳動，并和車架上的擋料塊配合，從而實現草皮安放。

1.3 清障運載結構

車輛整體前端設置清障運載結構，用于清除障礙及運載物品。結構如圖2所示。

圖2 清障結構Fig.2 Clearing structure

1.4 運動機構

本車結構采用最大的靈活性和自由機動性的麥克納姆輪。全車采用全向驅動技術，全向智能移動平臺能夠在任意方向上實現平移和原地旋轉，借助這一強大的機動性，可在狹小的空間內對車輛進行快速定位。具體的行走方式為直行、斜行、橫行、S形行進、零半徑任意角度旋轉等。連接麥克納姆輪和整車底盤車架的懸臂能夠在一些特殊地形中起到越障功能，提高了整車的機動性。

2 控制系統

2.1 單片機控制

使用單片機控制車體全部電機轉動，從而實現車輛運動、草皮鋪設、施肥、澆水等一系列功能。采用MCS-51單片機芯片作為主控芯片，搭載4路電機驅動板分別控制多路舵機，實現前進后退及各種傳動動作。4路電機驅動板以MCS-51單片機為核心，將所需必要代碼部分加載進芯片，節約了機器人主控芯片的資源，提高了機器人控制效率。采用單脈沖信號申請中斷，對每次中斷進行計數，并將計數結果顯示在計數器上，從而達到檢測壽命的目的。

具體代碼如下：

ORG 0000H //偽指令ORG，絕對跳轉至字節地址0000H，程序的開始

AJMP START //轉移指令，轉移至START

ORG 0003H //外部中斷0入口地址

AJMP INT //轉移指令，轉移至INT

ORG 0030H //主程序入口0030H

START: //主程序標號START

SETB EA //EA=1，開中斷允許中的總允許

SETB EX0 //EX0=1，允許外部中斷0源允許

SETB IT0 //IT0=1，設置外部中斷0為下跳沿觸發

MOV A,#00H //將立即數00輸送到累加器A當中

MOV P1,A //將累加器A中的立即數輸送到p1端口中

AJMP $ //原地跳轉，等待中斷

ORG 004FH //設置INT子程序的入口地址為004FH

INT: //子程序標號INT

INC A //累加器A中的數值加1

MOV P1,A //將累加器A中的立即數輸送到P1口當中

RETI //中斷返回，必須加

END //結束程序

為了實現小車的自動化，可設置定期延時功能，確定工作周期。例如，提前計算好單個植被栽培時間，編寫程序實現自動化，運行時間同理。假設運行時間和單個植被栽培時間相同，設置單個植被栽培時間為：1/12×12×2×200×250×250=25 s。

具體代碼如下：

ORG 0000H ；偽指令絕對地址，跳轉至單片機系統啟動地址0000H

AJMP START ；轉移指令，跳轉至START

ORG 0100H ；偽指令絕對地址，跳轉至單片機0100H，程序從0100H開始運行

START: ；主程序編號

MOV A,#01H ；將立即數01輸入到累加器A當中

LOOP1: ；循環1

MOV P1,A ；將累加器A中輸入到P1口

ACALL DELAY ；跳轉至延時程序

RL A ；累加器A左移，乘2倍

AJMP LOOP1 ；跳轉循環1

DELAY: ；子程序編號

MOV R7,#200 ；延時指令

DL2:

MOV R6,#250 ；延時指令

DL1:

MOV R5,#250 ；延時指令

DJNZ R5,$ ；判斷減1跳轉循環指令

DJNZ R6,DL1 ；判斷減1跳轉循環指令

DJNZ R7,DL2 ；判斷減1跳轉循環指令

RET

END

2.2 藍牙信號控制

通過攝像裝置可觀測周圍路況，通過藍牙模塊可在手機等移動設備上進行遠距離控制。可實現靈活的人機交互，大大提升了整體的可用性和智能性，使其應用價值進一步提高。

3 功能優勢

運用草皮傳動設計，將草皮等植被進行自動鋪設。運用創新設計，可在鋪設草皮后自動進行施肥澆水，實現自動化流程。采用升降裝置可調節施肥高度，適應不同維度的地形。可在低洼地形如溝壑等地形中工作，同時調整車輛整體重心，使其行進更加平穩，不容易側翻。設計懸臂結構，四輪獨立懸掛，極大程度地降低了不平整地形上的晃動，提升了車輛的越障性能及行走的平穩性。

4 應用前景

設計的多功能植被修復車是一種集鋪設草皮、施肥澆水于一體的機械裝置，可使鋪設草皮和施肥澆水同時進行。鋪設的草皮可減少土壤裸露程度，緊固沙土，防止水土流失。通過施加特殊肥料，可彌補土壤有機肥投入不足問題，提高土壤有機質含量，改善土壤結構，促進土壤團粒結構的形成，防止土壤發生板結，從而達到修復土壤植被、防風固沙的目的。