小麦是我国主要粮食作物,本文着眼于国内小麦种植领域当前存在的技术难点,在小麦精播机电气驱动、控制模型、定位机制、自主驾驶等方面展开研究。旨在通过针对性的研究和探索,力求从根本上突破目前国内小麦精播机在机械部件设计、智能驱动控制两大方面的关键技术瓶颈,切实解决小麦种植过程中的漏播不匀、播量不准、手段落后、劳动力无法解放等问题。作为一名在职申请博士学位人员,在导师指导下,论文选题结合了我国农耕实际状况以及近年自己所主持和参与的工程课题。针对机械部件设计不合理和人工调节播量困难、不精确等诸多因素而造成的播种误差问题,对精播机主要机械部位进行优化改进和仿真设计;针对国内当前播种机无监控或监控手段低陋状况,以及不良地况引起地轮打滑、播种机姿态不稳等问题,采取改变驱动模式、改进跟踪监测方法、引入智能定位导航机制等手段加以控制,以求作业过程中提高精播机的自我补偿与校正能力,为实现小麦精播作业全程智能化、彻底解放劳动力奠定基础。论文主体分四大部分:精播机械设计与仿真;电控驱动取代地轮完成排种施肥作业、建立小麦精播智能系统模型;智能小麦精播样机试制及性能测试;精播机自主驾驶机理研究。主要研究内容如下:(1)机械结构部件的改进设计、仿真分析与试验测试。基于Solidworks对现有小麦精播机关键部件旋耕机、开沟器、排种器、施肥器、仿形机构等进行三维优化设计和仿真,为后期实体样机试制提供可靠依据;运用EDEM离散元仿真平台,对种肥排放过程动态状况进行模拟仿真,为排种排肥实体装置的加工制作提供可靠理论依据和原始数据支撑。(2)电控驱动取代地轮完成排种施肥作业,并建立小麦精播智能系统模型。采取电机驱动取代传统地轮驱动播种、排肥的精播模式,实现了整个播种过程的自适应精播控制,避免了因地轮驱动排种模式出现的漏播或播种不匀现象。驱动源无需外配,控制电路信息传递无线对接,无复杂线路,各控制部件安装位置均不受空间距离限定,同时方便播种机拆装,应用灵活方便。基于MCGS和STM32F103C8T6构建小麦精播控制系统,运用PID控制算法和PWM技术设计闭环控制回路,对排种轴、施肥轴的转速进行实时调节,自适应牵引机前行速度的变化,保障播种均匀、施肥稳定、均匀密布,实现整个播种过程智能控制效果。(3)智能小麦精播样机试制与试验测试。设计完成后,对小麦精播机进行整机加工试制与试验测试分析,以验证论文所做理论研究在实践应用中的可靠性。试验分为室内试验和现场试验两大部分。首先,室内试验主要测试种轴不同转速下排种器的充种情况、智能控制系统模型的精确性、监控系统的实时有效性等;现场试验则主要针对复式精播机实体在田间较恶劣环境下的精播质量、效果以及控制系统的稳定性等方面进行试验测试与效果分析。(4)自主驾驶四轮转向精播机导航定位技术研究。运用激光识别与多自由度运动姿态控制系统集成技术,实现了立体空间内旋转、平移等不同姿态信息的精确采集,用来进一步提高识别系统的适应性与精确度,为田垄、地头边缘三维数据信息的采集搭建起最佳测试平台,提供了良好的环境条件。基于金字塔式Lucas-Kanade算法对自动驾驶装置的速度进行监控,采用灰度投影曲线匹配方法作为四轮转向精度补偿监控算法,为机车自主导航提供准确的田间直行、地头转弯等方向信息,完成了智能导航和智能控制的双重功能,真正实现了小麦精播的智能控制效果。