多功能遙控作業(yè)車的研制

王永振，樊桂菊，仉 利，馮海明

（山東農業(yè)大學機械與電子工程學院，泰安 271018）

0 引言

近年來，隨著我國農業(yè)產業(yè)結構的不斷優(yōu)化調整，果園和溫室大棚生產有了飛速發(fā)展，其生產結構漸趨成熟，種植面積和產量穩(wěn)步提升[1-4]。小型農業(yè)機械在果園和溫室大棚種植管理方面發(fā)揮著重要作用，但傳統(tǒng)的小型農業(yè)機械作業(yè)時需要人工現(xiàn)場操作，工作環(huán)境差、勞動強度高、安全性低成為生產中的重大難題[5，6]。因此，研究一種智能化的小型農業(yè)機械是實現(xiàn)果園和溫室大棚節(jié)本增效的有效途徑。

本文將提出基于ARM的小型多功能遙控作業(yè)車的研究，研制開發(fā)一套實用、可靠的遠程監(jiān)控系統(tǒng)和自適應油門控制的緊湊作業(yè)機械，將其用在溫室大棚和矮化果園中，實現(xiàn)在環(huán)境舒適的監(jiān)控站等場所對該農業(yè)機械的遙控操作。通過對該遙控作業(yè)車的操作，使操作者在遠方監(jiān)控室對機械和田間作物進行監(jiān)控，提高操作者舒適度，降低勞動強度[7-9]。該項目不僅提高了農田作業(yè)機械的智能化，為現(xiàn)代化農業(yè)提供一種先進的技術裝備，還將為農業(yè)機械自動導航研究提供研究基礎和平臺，必將促進農業(yè)產業(yè)的轉型和升級。

1 作業(yè)車總體方案設計

為了輸出較大驅動力并便于控制，整機的所有工作裝置均采用液壓系統(tǒng)進行控制和驅動，整機結構簡圖如圖1所示，主要由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、車架、行走裝置和輔助工作裝置等組成。其中動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機或蓄電池等；傳動系統(tǒng)包括帶傳動和鏈傳動等；液壓系統(tǒng)包括液壓管路、齒輪泵、液壓馬達、液壓缸以及壓力變送器等；電氣系統(tǒng)包括電磁閥、繼電器以及線路等。

整臺機器的動力由汽油機（大棚由蓄電池加電機）提供，帶動雙聯(lián)齒輪泵，為整套液壓系統(tǒng)提供高壓油。通過電磁閥，控制各個回路的通斷，進而驅動各個工作裝置。行走機構靠兩個行走液壓馬達提供驅動力，大臂的舉升靠兩個同步液壓缸提供動力。各種液壓工作附具通過快換裝置連接在掛架上，由快換接頭連接，形成完整的液壓系統(tǒng)回路。

圖1 遙控作業(yè)車結構示意圖

為了適應大棚和矮化果園作業(yè)，整個車體設計的比較緊湊。車體通過銷軸連接在行走機架上，發(fā)動機通過減震裝置安裝在車體的后半部分，遙控裝置通過控制多路電磁閥，實現(xiàn)對整臺機器的操控。大臂通過鉸鏈軸安裝在機體后上方，大臂前端安裝鉸接機架，掛架上有快換銷軸，能夠連接不同的輔助工作裝置（鏟斗、挖掘裝置、開溝機、破碎機、鉆孔施肥器等）。

2 作業(yè)車遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

小型農業(yè)機械以其優(yōu)良的使用性能近幾年在我國發(fā)展起來并受到農民歡迎，但其在使用過程中還存在著作業(yè)環(huán)境惡劣（如農藥毒性大，灰塵多，地面坑洼不平等），舒適性差等問題[10-12]。因此本次設計考慮到以上因素，專門為小型多功能作業(yè)車設計開發(fā)了一套實用可靠的遠程監(jiān)控系統(tǒng)和由單片機控制的油門控制系統(tǒng)，讓操作者可以在環(huán)境舒適的遠程監(jiān)控端實現(xiàn)對農業(yè)機械的遠程控制與操作。

對于作業(yè)車遠程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計，必須要滿足使用方便、易操作和安全性高等要求。本系統(tǒng)在設計時應該滿足以下幾個目標：

（1）采用人機交互模式，監(jiān)控中心軟件界面設計美觀，操作快捷、準確，數據傳輸安全可靠；

（2）無線傳輸網絡性能要滿足穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，傳輸速率快的特點；

（3）下位機系統(tǒng)工作電壓為5～12 V，工作環(huán)境溫度為-15～50℃；

（4）監(jiān)控中心提供攝像頭云臺控制，可以根據需要調節(jié)監(jiān)控的角度，提供日志功能，對監(jiān)控的操作進行記錄。最大限度地實現(xiàn)維護簡單、運行穩(wěn)定；

（5）系統(tǒng)油門自適應控制響應迅速、靈敏；當下位機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時監(jiān)控系統(tǒng)應該具備一定的應急措施。

3 結論

針對小型農用機械在矮化果園和溫室大棚作業(yè)過程中存在的操作環(huán)境惡劣、勞動強度高、安全性低等問題，研究設計了一種小型多功能遙控作業(yè)車。該作業(yè)車集成了機械、液壓、自動控制和電子信息等眾多技術，以上下位機的形式進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)了在環(huán)境舒適的監(jiān)控站對作業(yè)車的遙控操作。該車具有響應迅速，動作執(zhí)行可靠的優(yōu)點。降低了操作者的勞動強度，保證了其人身安全，提高了作業(yè)車的智能化水平。

[1] 蔣蘋，胡文武，孫松林，等.水田作業(yè)機械無線遙控系統(tǒng)設計[J].農機化研究，2009（6）：62-68.

[2] 雷天覺.新編液壓工程手冊.北京：北京理工大學出版社，2005，09.

[3] 劉美麗，楊福增，張季琴.一種小型多功能田間管理機的設計[J].拖拉機與農用運輸車，2011，38（3）：82-84.

[4] 李玉善.遙控工程車輛視頻監(jiān)視系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].山東：山東理工大學，2004，5.

[5] 連加典.基于GPS/GPRS工程車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].長春：吉林大學，2003.

[6] 羅錫文，張智剛，趙祚喜，等.東方紅X-804拖拉機的DGPS 自動導航控制系統(tǒng)[J].農業(yè)工程學報，2009，25（11）：139-145.

[7] 田野，錢燕，張美娜，等.農機作業(yè)現(xiàn)場視頻無線傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].中國農機化學報，2013，34（3）：213-218.

[8] 田擁軍，趙光強，曾健平.基于RS485總線技術的PC機與單片機多機通訊設計[J].湖南工程學院學報，2007，17（2）：19-23.

[9] 王建新，楊世鳳，史永江，等.遠程監(jiān)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].國外電子測量技術，2005，122（4）：9-12.

[10] 張傳省，張鐵中.基于RS-485的農業(yè)機器人與上位機可靠通信的實現(xiàn)[J].微計算機信息，2006，22（4）：168-170.

[11] 張建良，邵金菊，魏民祥.小型航空汽油機模糊增益恒轉速控制[J].機械科學與技術，2011，30（2）：195-199.

[12] 張俊峰.山地果園單軌運輸機遙控關鍵技術與裝置的研究[D].武漢：華中農業(yè)大學，2012.