【摘 要】
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近年来,我国主要粮食作物农业机械化、智能化程度大幅度提升,智慧农业、无人农场等综合技术高速发展。相比较而言,丘陵山地、果园林业等机械化、智能化水平相对落后。本文针对标准化果园、丘陵山地等地形复杂、人力短缺、割草方式陈旧落后等问题,研究适用于标准化种植果园、丘陵山地的小型割草作业机械,提出了基于Pix Hawk开源软硬件的履带式全电动智能割草机器人的设计方案。具体研究内容如下:通过调研山东省标准化种
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近年来,我国主要粮食作物农业机械化、智能化程度大幅度提升,智慧农业、无人农场等综合技术高速发展。相比较而言,丘陵山地、果园林业等机械化、智能化水平相对落后。本文针对标准化果园、丘陵山地等地形复杂、人力短缺、割草方式陈旧落后等问题,研究适用于标准化种植果园、丘陵山地的小型割草作业机械,提出了基于Pix Hawk开源软硬件的履带式全电动智能割草机器人的设计方案。具体研究内容如下:通过调研山东省标准化种植果园种植模式和丘陵山地地块面积分布等数据,确定履带式全电割草机外型尺寸及其他参数,对驱动电机、割草电机、橡胶履带、电池容量、电动推杆、甩刀等关键标准件进行选型计算,并根据理论数据选购合适尺寸的零件,使其割草能力、越障能力、爬坡能力满足作业需求。合理布置履带式全电割草机的各模块位置,包括履带行走模块、驱动动力模块、割台模块、升降机构模块、电池模块等。然后,对各模块进行精细化建模,并依照DFMA设计理念,对履带式全电割草机的零部件和整机装配进行检查。最后,对装配尺寸有特殊要求的组件进行公差分析,确保加工装配后,满足使用要求。根据有限元模型建立的基本规则,对本课题所设计的履带式全电割草机三维模型进行简化。使用Hyper Mesh软件对模型进行网格划分和材料赋予,同时按照理论计算结果进行载荷分配。前处理完成后,将仿真模型导入到ANSYS软件中进行有限元分析计算,并绘制应力、应变结果云图,综合分析求解结果的可靠性和准确性。结果表明履带式全电割草机结构可靠,符合设计要求。针对标准化种植果园和山地丘陵环境的割草装备智能化程度低的问题,研究适用于果园环境的自主作业方法,提出了基于Pix Hawk开源软硬件的自主导航方案。首先,介绍自主导航所使用Pix Hawk和GNSS-RTK硬件参数及工作原理。然后,介绍区域取点工具的硬件工作流程和定义通信数据格式。最后,阐述自主导航路径的生成原理及计算方法。经测试,基于Pix Hawk的履带式全电动智能割草机能较好的完成规定区域的自主作业任务。在设计过程中,进行了大量实地调研、数据分析,并采用了理论分析、仿真试验等方法,进行了机械设计、电机驱动器及减速机选型等工作,在样机加工完成后,进行了大量田间试验、破坏性试验,对整机性能进行了全面的理论分析与试验证明。试验结果表明,本课题研制的履带式全电割草机最大越障能力为25cm,最大爬坡角度可达30゜,续航时间可达到3h,单次作业面积可达5000m~2,满足了田间作业基本需求。
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