履带式割草机自动驾驶远程交互避障系统设计与试验

安全避障是自动驾驶关键技术之一。为提高履带式割草机自动驾驶系统安全性,进行了履带式割草机自动驾驶远程交互避障系统设计研究和试验验证。自动驾驶系统基于RTK高精度定位系统的路径跟踪导航模式,通过毫米波雷达和超声波雷达感知融合进行局部路径规划,采用云端平台和手机APP实现农机车辆周边视频回传和远程遥控避障。在遇到复杂场景时,通过云端平台向手机APP发出预警信息,在手机端可以对自动驾驶农机车辆进行人为干预,以提高自动驾驶农机车辆复杂场景的通行能力和安全性。基于电动履带式割草机设计了自动驾驶远程交互避障软硬件系统,并进行了试验验证,结果表明:履带式割草机自动驾驶远程交互避障系统技术可行,工作可靠,具有实际应用价值。

履带式王草收获机驱动系统设计

王草是优质的多年生饲草作物,在我国南方地区广泛种植,具有直立簇生的特征,机械化平茬收获难度大。为此,基于王草机械化收获的技术要求,提出了一种驱动系统技术方案,介绍了其结构组成和工作原理,设计研制了驱动系统。经过理论分析与计算,完成了驱动系统的主要参数匹配,并实现了驱动系统的样机搭载。性能试验表明:样机最高行驶速度可达9.13 km/h,能够在低速挡位内无级变速,直行偏驶率为4.115%,达到了王草机械化收获的作业要求。

基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明:基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6 s,25°纵向调平时间减小1.8 s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10^(-4) m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。

基于ESP32的智能履带式移动机器人的设计

随着计算机和机器人技术的不断发展,移动机器人呈现出广泛的应用前景.作为移动机器人的一种,履带式移动机器人可以在危险恶劣的环境中开展工作.研究了一种基于ESP32开发板的智能避障系统,该系统集成了多个传感器和执行器,能够实现自主避障、智能显示障碍物位置信息以及播放音乐等功能.通过详细的硬件设计、软件开发和控制系统分析,对履带式移动机器人进行了系统性的研究.实验结果表明,该机器人具有较高的稳定性和可靠性,能够实现履带式移动机器人的设定功能.研究结果对履带式移动机器人的系统设计提供了新的思路和方法,为进一步拓展移动机器人在救援及其他相关领域的应用奠定了基础.

丘陵履带式甘蔗收获机底盘调平机构设计与试验

针对履带式甘蔗收获机在横向斜坡的丘陵山地作业时容易侧翻问题,设计了一种适用于履带式甘蔗收获机的底盘调平机构。基于履带式甘蔗收获机中间有甘蔗输送通道的特点,提出了两侧设置调平机构的方案。开展了底盘调平机构关键部件参数设计和各调整油缸受力分析。根据相似性原理搭建缩小比例的试验平台,对试验平台进行了横向倾翻分析和横向姿态调整试验。理论计算和试验结果表明,横向调整后横向倾翻角比调整前横向倾翻角大,横向倾翻角得到提升,调平底盘可以有效改变整机质心,在一定程度上提升了整机横向稳定性。横向倾翻试验中,调整前横向倾翻角为24.31°,横向调整后横向倾翻角为27.52°,横向调整后横向倾翻角提高13.20%。横向姿态调整试验结果表明,横向调整角最大10°,调整时间为1 s,调整精度在0.5°以内,验证了机构横向姿态调整的可行性。在底盘调平机构初始状态,调整油缸所受负载最大值为871.61 N,换算成样机所需推力为55783.04 N。

煤矿履带式定向钻机路径规划算法

煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A^(*)算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差。提出一种以改进A^(*)算法规划全局路径、融合动态窗口法(DWA)规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法。考虑定向钻机尺寸影响,在传统A^(*)算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A^(*)算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A^(*)算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径。将改进A^(*)算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划。利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明:与Dijkstra算法和传统A^(*)算法相比,改进A^(*)算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5%和63.2%,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A^(*)算法与DWA融合算法可有效躲避改进A^(*)算法规划路径上的未知障碍物,路径长度较PRM算法和RRT^(*)算法规划的路径分别平均减小5.5%和2.9%。

履带式马铃薯联合收获机辅助驾驶作业系统设计与试验

履带式马铃薯联合收获机转向半径小、通过性强、接地比压低,在马铃薯收获作业中应用越来越广泛。为提高履带式马铃薯联合收获机的智能化水平,降低马铃薯收获过程中的劳动力强度,以洪珠4ULZ-110型履带式马铃薯联合收获机为试验平台,设计履带式马铃薯联合收获机辅助驾驶作业系统,并通过加装电子比例阀实现收获机的转向机构和挖掘机构电-液可控。在航向偏差PD控制器的基础上,增加横向偏差的比例项,并引入行驶速度自适应的控制延时补偿前馈项,设计前馈+反馈复合路径跟踪控制算法。在水泥路面和旱地分别以速度0.55、0.83、1.11 m/s进行直线路径跟踪控制试验,并以速度0.55 m/s在胶州马铃薯种植地进行了辅助驾驶收获作业。试验结果表明,所设计的马铃薯收获机辅助驾驶作业系统设计功能执行可靠,收获作业过程中最大绝对横向偏差为5.10 cm,平均绝对偏差为2.00 cm,收获行走过程中具有较好的稳定性和直线路径跟踪精度,满足马铃薯收获机田间作业要求。

更换托辊机器人履带式底盘的仿真与优化

为满足更换托辊机器人在煤矿井下复杂路面上以及狭窄长运距巷道内作业的需求,设计了带有姿态调整机构的履带式底盘,并结合煤矿井下的地形特征对底盘进行力学性能分析和关键部件优化。首先,利用多体动力学仿真软件RecurDyn建立履带行走机构的动力学模型,对6种经典工况进行仿真分析,通过对比履带张紧力和行驶转矩的仿真值与理论值来验证履带行走机构结构设计的合理性。然后,在ANSYS Workbench软件中对姿态调整机构进行静力学分析,并对其关键部件进行拓扑优化,以提高材料利用率并实现减重。最后,通过开展机器人行驶试验来测试履带式底盘的稳定性。结果表明,优化后姿态调整机构横移平台的最大应力降低了13.71 MPa,质量减小了36.92%;机器人在不同路况下均能稳定行驶且其姿态调整机构可正常工作。研究结果可为复杂工况下履带式煤矿机电设备的行驶性能优化提供参考。

带辅助轮摆臂的履带式机器人越障能力分析

履带式移动机器人因具有良好的环境适应性被广泛应用于军事和安全领域。为了改善现有摆臂履带式机器人结构复杂、重量和体积较大等不足,进一步提高其越障能力,提出一种带辅助轮摆臂的履带式移动机器人,设计该机器人的几何模型,分析其越障机理,推导摆臂的正逆运动学方程,分别建立有/无滑移条件下机器人的运动学模型。采用柔性体有限段模型法建立履带的多体动力学仿真模型。通过履带滑转率、机器人主体质心高度,履带与地面接触力及摆轮受力的变化,综合分析该机器人越障时的动力性能。在越阶、爬坡和越沟壑不同工况下,提出的带辅助轮摆臂的履带式机器人表现出良好的越障性能。

履带式果园碎枝机的设计

针对传统果园碎枝机工作效率低、劳动成本高、环境适应能力差的问题,设计了一款适用于丘陵山地的履带式果园碎枝机。该机具由动力系统、传动系统、进料系统、粉碎系统、出料系统以及履带式底盘行走系统组成,利用SolidWorks软件对果园碎枝机零部件模型的构建和装配,确定动力总成、转子总成、喂料装置、粉碎装置、传动装置等关键部件参数及尺寸。设计的履带式果园碎枝机可实现丘陵山区果园枝条就地粉碎,具有适应性强、粉碎高效、购置成本低等优点。

基于ESP32的智能履带式移动机器人的设计

随着计算机和机器人技术的不断发展,移动机器人呈现出广泛的应用前景。作为移动机器人的一种,履带式移动机器人可以在危险恶劣的环境中开展工作。研究了一种基于ESP32开发板的智能避障系统,该系统集成了多个传感器和执行器,能够实现自主避障、智能显示障碍物位置信息以及播放音乐等功能。通过详细的硬件设计、软件开发和控制系统分析,对履带式移动机器人进行了系统性的研究。实验结果表明,该机器人具有较高的稳定性和可靠性,能够实现履带式移动机器人的设定功能。研究结果对履带式移动机器人的系统设计提供了新的思路和方法,为进一步拓展移动机器人在救援及其他相关领域的应用奠定了基础。

履带式果园作业平台结构稳定性分析与研究

绝大多数果园主要以丘陵山地矮砧密植种植模式为主,其地形及地势特征存在操作难题,故对履带式果园作业平台的稳定性进行分析具有重要的意义,能够帮助作业者顺利完成果园作业疏花疏果、剪枝、收获、套袋等一系列作业。为此,对履带式果园作业平台进行坡面行驶稳定性力学分析,通过计算得出作业平台不倾翻的角度范围。分析结果表明:当坡面角度固定时,履带式果园作业平台的稳定性取决于相关性能参数的取值,设计的履带式果园作业平台稳定性安全装置能够满足稳定性要求。通过试验测得:果园作业平台无载重条件下的行走速度为低速0.352m/s、高速0.722m/s,履带式果园作业平台升降高度≤1.2m,最大承载负荷≤500kg,液压杆升降速度0.05m/s。通过爬坡性能试验可知:随着坡度角逐渐增大,履带式果园作业平台行驶的时间逐渐变长,爬坡速度逐渐变得缓慢;在试验过程中,履带式果园作业平台能够正常运行,且能正常行驶通过3种不同的坡度角。但是,当行驶在30°坡面时作业平台速度变慢并且出现抖动,出现略微打滑现象;在工作正常运行的情况下,履带式果园作业平台能够通过的最大坡度角为30°。

履带式巡检机器人设计与仿真分析

针对矿井作业复杂危险工况对矿井工人安全存在很大威胁的问题,设计了一款矿用履带式智能巡检机器人。基于STM32单片机搭建机器人的控制系统,分析了机器人的越障性能,通过多体动力学Recurdyn软件对越障性能进行了仿真验证,最后制造样机通过试验验证了该履带式巡检机器人设计的合理性与可行性。

履带式电动微耕机自动导航系统设计与试验

为提高微耕机智能化程度,满足日益增强的“以机代人”需求,该研究设计了一种适用于园艺环境的履带式自动导航电动微耕机。首先,以搭载ROS系统(robot operating system)的英伟达Jetson Orin Nano为主控,建立导航控制系统,并与电动微耕机底层通讯。其次,基于卡尔曼滤波法和扩展卡尔曼滤波法,根据粗差对扩展卡尔曼滤波状态估计的影响,提出改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法,以纠正单项错误和多个特殊误差,从而最大程度限制并降低粗差对北斗引导PVT(position、velocity、time)解算的负面影响,并提高定位精度和信号稳定程度。采用梭式路径规划方法开展导航试验并记录定位数据,对比不同定位数据处理方法x、y、z轴定位误差标准差。结果表明,本研究提出的改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法在提高定位精度和信号稳定性方面具有一定优势。以车速、耕深、旋耕刀转速为试验因素,以碎土率为评价指标,设计Box-Behnken试验;对试验结果进行方差分析,建立评价指标与试验因素的回归模型。以提高碎土率为寻优目标,对作业速度、耕深、旋耕刀转速进行寻优求解,获得较优参数组合为作业速度1.4 km/h,耕深6 cm,旋耕刀转速234 r/min。开展田间耕作试验,碎土率可达95.8%,表明履带式自动导航电动微耕机具有较优的作业质量,满足园艺环境的旋耕作业要求。

履带式果园喷药机遥控作业系统设计

为解决传统喷药机依靠人工驾驶,易引起工作人员中毒的问题,针对履带式果园喷药机,设计了一种喷药机遥控作业系统。遥控系统采用ECU作为控制核心,采用飞控系统替代传统的遥控系统进行无线远距离通信,采用液压阀组控制液压油缸来驱动操纵杆动作,从而实现对喷药机的启停、转向和喷药等远距离操纵。在履带式果园喷药机上集成该系统,对系统进行了性能测试,结果表明:系统的有效遥控距离不小于200m,在遥控距离不超过200m的条件下,行走控制响应时间不大于0.6s,遥控距离对系统响应时间几乎没有影响。通过人为切断无线信号的方法,进行了模拟掉线试验,结果表明:喷药机在遥控系统掉线后的停车成功率达到100%。系统具有响应快、通信稳定和安全性高的特点,能够满足果园喷药作业要求。

大型履带式起重机行走钢平台设计与分析研究

针对采用大型履带式起重机对钢结构部件进行吊装时地下室顶板加固成本较高的难题,提出了一种模块化钢平台对地下室顶板进行加固的方法,并对该平台的承载力和变形进行分析,提出了合理的使用建议。同时,对使用中的安全和环保措施进行分析和提议。

基于DEM-MBD耦合的履带式全地形车辆爬坡特性研究

为优化履带式全地形车爬坡特性,提升其对复杂地形的适应能力,利用离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)耦合算法,建立基于RecurDyn与EDEM的DEM-MBD耦合模型,并结合正交试验设计方法,研究路面类型、车辆质心位置、接地长度、速度耦合对车辆爬坡能力与稳定性的影响规律。研究结果表明:各因素对履带式全地形车爬坡能力的影响权重为:速度>x向质心坐标>路面类型>接地长度>y向质心坐标。基于正交试验理论,爬坡能力最佳组合为:碎石路面,质心位置为x=200,y=400,接地长度为1100 mm,速度为5 km/h;当该型车辆运行速度为0~5 km/h时,提升速度、前移质心有利于提升车辆爬坡能力;该车辆在低车速、砂土地形、较大的接地比压的情况下稳定性更好。

基于RecurDyn的小型履带式动力底盘设计与仿真分析

丘陵山地是我国果园的重要种植区,由于丘陵山地果园种植环境较为恶劣、空间郁闭,大中型履带式动力底盘的作业质量受到严重影响。针对大中型履带式动力底盘普遍存在转向不灵活、越障性能差等作业困难问题,为了增强丘陵山区果园履带式动力底盘的环境适应能力和通过能力,设计了一种适应丘陵山地果园复杂环境的小型履带式动力底盘。小型履带式动力底盘爬坡能力强、越障性能好、能够在行间1.2m的果园环境中灵活作业,在多体动力学软件RecurDyn中建立动力学模型,对小型履带式动力底盘在硬质和松软两种路面环境下的直线、爬坡和越障3种行驶过程进行仿真分析。结果表明,小型履带式动力底盘的通过性和适应性满足作业要求,该研究能够为丘陵山区小型履带式动力底盘的设计提供理论支持和参考依据。

丘陵山地小型履带式动力底盘设计与试验

针对广西丘陵山地经济作物种植区非结构化的地形以及多种作物种类多的复杂生长环境,设计了一款具有高灵活性、可以适应丘陵山地地形的小型履带式动力底盘。以履带式底盘作为研究对象,建立履带式底盘机器人坡面行走模型,研究其在爬坡时的稳定性与通过性,并在此基础上提出履带式底盘设计方案与参数选取。基于ANSYS Workbench对机架进行受力分析,机架最大位移变形量为0.0948 mm,最大等效应力为35.611 MPa,满足强度使用要求。利用RecurDyn动力学仿真软件对履带式底盘进行虚拟建模,分析其在爬坡、转向过程中的质心与扭矩变化情况,验证了方案的可行性。田间试验结果表明,履带式底盘机器人在水泥平地直线行驶速度为6.11 km/h,最小转弯半径为403.0 mm,草地最大爬坡角度为38°,最大越障高度为170 mm,作业期间,履带式底盘运行平稳。本文设计的履带式底盘的各项参数能够满足整机设计的要求,具有良好的爬坡越障性能,作业指标达到了相关标准要求,研究成果可为丘陵山地履带式底盘的设计与研发提供参考。

林地履带式作业车辆软底质行走通过性能研究

基于车辆地面力学理论,构建了特定土壤的承压特性模型和剪切特性模型,并针对湖南省长沙市浏阳市镇头镇油茶林种植区域的特定土壤进行土力学试验,得出土壤沉陷指数n=0.9447、内聚变形模量k_(c)=210.4047kN/m^(n+1)、摩擦变形模量k_(φ)=5674.4kN/m^(n+2)、内摩擦角φ=19.6488°,黏聚力c=66.26302kPa。同时,采用多体动力学建模与仿真软件RecurDyn建立履带作业车辆模型,进行了直线行驶仿真分析,研究了履带作业车辆行走通过性能。