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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于車載自適性平臺(tái)的自動(dòng)噴灑農(nóng)藥機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對(duì)我國缺乏相對(duì)高效廉價(jià)施藥機(jī)具的現(xiàn)狀，以創(chuàng)新、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的設(shè)計(jì)原則，研制出一種適用于精細(xì)農(nóng)業(yè)的高效輕便型自動(dòng)噴灑農(nóng)藥機(jī)，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上給出了車載自適性穩(wěn)定平臺(tái)、噴灑系統(tǒng)及遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與解決方案。試驗(yàn)表明該機(jī)系統(tǒng)簡單，性能良好，占地空間小，布置方便，動(dòng)力消耗小，環(huán)境友好，較好地解決了人機(jī)分離作業(yè)，提高農(nóng)藥有效利用率，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等問題，進(jìn)而提高了農(nóng)機(jī)品質(zhì)。
- 詳細(xì)介紹：
- 作品設(shè)計(jì)的基本思路 (一)自動(dòng)噴灑農(nóng)藥機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、車載自適性穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)車體在田地中作業(yè)，為避免車體搖擺對(duì)噴頭指向的影響，采用自適性穩(wěn)定平臺(tái)，噴槍桿臂安裝在內(nèi)框架上，內(nèi)框架支承在外框架上，其旋轉(zhuǎn)軸線垂直車體的首尾線；外框架又支承在基座上，其旋轉(zhuǎn)軸線平行且偏置于首尾線?；芄潭ㄔ谲圀w上。 2、噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長度不同的噴槍桿臂的可根據(jù)不同的需要安裝穩(wěn)定平臺(tái)上，噴頭安裝在桿臂頂部，噴頭體上安裝多個(gè)小噴嘴，通過調(diào)整小噴嘴軸線之間的夾角來調(diào)整噴嘴的噴霧方向。 （二）自動(dòng)噴灑農(nóng)藥機(jī)檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)傳感器層的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用單軸陀螺儀ENC-03模塊，為單軸角速度傳感器。 橫搖結(jié)構(gòu)包括橫搖步進(jìn)電機(jī)、橫搖軸、內(nèi)框；縱搖結(jié)構(gòu)包括:縱搖步進(jìn)電機(jī)、縱搖軸、外框。橫搖、縱搖軸上各安裝一個(gè)陀螺儀傳感器，當(dāng)平臺(tái)傾斜時(shí)，分別感應(yīng)出橫搖軸、縱搖軸的角速度，經(jīng)積分處理后轉(zhuǎn)換成角度，并產(chǎn)生正比于偏角大小的信號(hào)。 (2)信號(hào)采集執(zhí)行層、顯示層、控制層的設(shè)計(jì) 由于陀螺儀送出模擬信號(hào)，須經(jīng)信號(hào)采集單元采集，即將A\D模塊轉(zhuǎn)換后送到處理單元.多次采集取平均值消抖。 本系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)對(duì)縱橫搖信號(hào)進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)。高性能低功耗的AVR具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)：133條指令，大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成；32*8 通用工作寄存器加外設(shè)控制寄存器；工作于16MHZ時(shí)性能16MIPS。 采用顯示模塊，顯示出橫縱搖偏轉(zhuǎn)角度，方便觀測調(diào)節(jié)動(dòng)向。 單片機(jī)輸出的控制信號(hào)給L298的四個(gè)輸入端，四個(gè)輸出端接兩相四線步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。 （3）小車遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用單片機(jī)和套裝搖控芯片實(shí)現(xiàn)。主要由發(fā)射模塊，接受模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，及單片機(jī)組成。控制部分主要考慮按鍵的設(shè)計(jì)，遙控器上的5個(gè)控制鍵控制遙控車的運(yùn)動(dòng)，分別是：前進(jìn)、后退、向左、向右、停止。小車通過接受遙控器發(fā)來的信號(hào)來完成相應(yīng)的動(dòng)作。 三、作品的創(chuàng)新點(diǎn) 應(yīng)用自適性穩(wěn)定平臺(tái)和遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能噴灑的設(shè)計(jì)方案，解決農(nóng)業(yè)機(jī)具精確定位噴灑問題是國內(nèi)外首創(chuàng)。 四、作品的技術(shù)關(guān)鍵 （1）本系統(tǒng)自適性平臺(tái)設(shè)置為軸心偏置結(jié)構(gòu)，縮小了占地空間，減輕了平臺(tái)的重量便于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其技術(shù)關(guān)鍵在于確定兩個(gè)軸向的平衡位置。 （2）系統(tǒng)的控制策略是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)適合的控制器，提高整個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)的控制精度。 五、作品主要技術(shù)指標(biāo) （1）方位驅(qū)動(dòng)范圍為±60°;俯仰驅(qū)動(dòng)范圍為- 60°～60°。 （2）自適性平臺(tái)可在平臺(tái)傾角小于等于60°范圍內(nèi)任意位置能鎖定。 （3）電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度：方位運(yùn)動(dòng)速度為0 . 1°/ s～2°/ s ；俯仰運(yùn)動(dòng)速度為0. 1°/ s～1. 5°/ s 。 （4）抗風(fēng)能力：風(fēng)速10 m/ s 噴桿正常工作;風(fēng)速12 m/ s 噴頭降精度工作;風(fēng)速16 m/ s 農(nóng)藥機(jī)有傾覆危險(xiǎn)。 (5)最大遙控范圍：100m。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品發(fā)明的目的 各種農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，但同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，如何消除農(nóng)藥對(duì)環(huán)境和農(nóng)民的危害，已成為事關(guān)民生健康和我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問題。 二、作品設(shè)計(jì)的基本思路 1、機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)車體在田地中作業(yè)，為避免車體搖擺對(duì)噴頭指向的影響，采用自適性穩(wěn)定平臺(tái),噴槍桿臂安裝在內(nèi)框架上，內(nèi)框架支承在外框架上，其旋轉(zhuǎn)軸線垂直車體的首尾線；外框架又支承在基座上，其旋轉(zhuǎn)軸線平行且偏置于首尾線。基座架固定在車體上。(2)噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長度不同的噴槍桿臂的可根據(jù)不同的需要安裝穩(wěn)定平臺(tái)上，噴頭安裝在桿臂頂部，噴頭體上安裝多個(gè)小噴嘴。 2、檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)傳感器層的設(shè)計(jì)采用單軸陀螺儀模塊。當(dāng)平臺(tái)傾斜時(shí)，分別感應(yīng)出橫搖軸、縱搖軸的角速度，經(jīng)積分處理后轉(zhuǎn)換成角度，并產(chǎn)生正比于偏角大小的信號(hào)。(2)信號(hào)采集執(zhí)行層、顯示層、控制層的設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)對(duì)縱橫搖信號(hào)進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)。(3)小車遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)和套裝搖控芯片實(shí)現(xiàn)。 三、作品的創(chuàng)新點(diǎn) 應(yīng)用自適性穩(wěn)定平臺(tái)和遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能噴灑的設(shè)計(jì)方案，解決農(nóng)業(yè)機(jī)具精確定位噴灑問題是國內(nèi)外首創(chuàng)。 四、技術(shù)關(guān)鍵為系統(tǒng)的控制精度是關(guān)鍵。 五、作品主要技術(shù)指標(biāo) (1)方位驅(qū)動(dòng)范圍為±60°;俯仰驅(qū)動(dòng)范圍為- 60°～60°。(2)自適性平臺(tái)可在平臺(tái)傾角小于等于60°范圍內(nèi)任意位置能鎖定。(3)最大遙控范圍：100m。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 據(jù)調(diào)研實(shí)踐，在噴灑農(nóng)藥或者除草劑方面，國內(nèi)外市場上流行的農(nóng)用噴霧器無論是電動(dòng)式還是手動(dòng)式，無論是背負(fù)式還是車載式從根本上說有兩個(gè)缺陷： 第一，結(jié)合以人為本的實(shí)用性沒有體現(xiàn)出來，都沒有從用機(jī)人員本身出發(fā)，將他們從有損健康的工況中分離出來； 第二，對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性沒有做到真正意義上的設(shè)計(jì)與考慮，事實(shí)上，藥物對(duì)環(huán)境是有危害的，重復(fù)大劑量噴灑必然會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物、土壤的破壞甚至環(huán)境的惡化。 鑒于此，自動(dòng)噴灑農(nóng)藥機(jī)應(yīng)具備的功能和特性如下： 首先，用機(jī)人員可以不必進(jìn)入田壟，使用遙控器即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)作業(yè); 其次，載有自適性穩(wěn)定平臺(tái)小車可以保證噴頭在田間準(zhǔn)確定位噴灑，減少農(nóng)藥用量，降低農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。 再者，噴霧效果優(yōu)越，通過二次精濾及加壓(工作壓力可達(dá)25MPa)，加之特別設(shè)計(jì)的噴頭，它的耗藥量只有普通噴藥器的1/10左右，極大的提高了農(nóng)藥的利用率，同時(shí)也減小了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染程度;
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月15日，設(shè)計(jì)的模型參加了太原市知識(shí)產(chǎn)權(quán)局舉辦的第八屆太原市青少年發(fā)明創(chuàng)新競賽及展示活動(dòng)，并得到了一致好評(píng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，試調(diào)成功，做出實(shí)物模型。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 1模型 2圖紙 3現(xiàn)場演示 4圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 （1）車載自適性穩(wěn)定平臺(tái) 非置心穩(wěn)定平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、陀螺儀傳感器模塊，伺服控制單元組成，保證噴頭對(duì)作業(yè)對(duì)象的精準(zhǔn)定位。 （2）多路遙控小車作為載體，使得人機(jī)分離工作成為可能，以減輕勞動(dòng)力，關(guān)乎勞動(dòng)者健康。 2、適用范圍及推廣前景的技術(shù)性說明市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 在探索農(nóng)業(yè)應(yīng)用信息高新技術(shù)的發(fā)展過程中，精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用前景尤其令人矚目。其中，在增加農(nóng)作物產(chǎn)量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境及以人為本的多重要求下，研究先進(jìn)的噴灑技術(shù)已經(jīng)成為精細(xì)農(nóng)業(yè)中的一個(gè)重要的分支。因此，開始把目光轉(zhuǎn)向農(nóng)田智能噴灑技術(shù)。以減輕勞動(dòng)量，關(guān)注生產(chǎn)環(huán)境。 試驗(yàn)表明該機(jī)具有系統(tǒng)簡單、性能良好，占地空間小，布置方便，動(dòng)力消耗小，環(huán)境友好，價(jià)格低廉，較好地解決了現(xiàn)行果園、農(nóng)田中存在的浪費(fèi)農(nóng)藥、污染環(huán)境等問題。該機(jī)在智能噴灑技術(shù)上具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，歐美發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)和使用的施藥機(jī)械以大型自走式施藥機(jī)械為主。采用高地隙全液壓自走式底盤和噴桿噴霧機(jī)相結(jié)合的形式，應(yīng)用液壓技術(shù)和電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的行走、轉(zhuǎn)向、風(fēng)機(jī)和液泵等工作部件的驅(qū)動(dòng)等，對(duì)農(nóng)作物的精確噴灑是通過精準(zhǔn)施藥監(jiān)控系統(tǒng)通過設(shè)置參數(shù)，自動(dòng)控制單位面積噴灑的藥量，具有前進(jìn)速度預(yù)設(shè)的噴量和實(shí)際噴灑量、工作壓力等顯示功能。根據(jù)決策系統(tǒng)確定的噴霧參數(shù)、通過機(jī)具作業(yè)速度的實(shí)際測定，自動(dòng)調(diào)控噴霧壓力，使實(shí)際噴霧量與設(shè)定的單位面積施液量相一致。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示機(jī)具作業(yè)速度、單位面積施液量、實(shí)際噴霧量噴霧工作壓力、噴灑的作物面積等作業(yè)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)及顯示器安裝在自走底盤操作臺(tái)旁，可接GPS或個(gè)人電腦，動(dòng)作靈活、方便、可靠、作業(yè)效率高, 但是價(jià)格非常昂貴。 我國生產(chǎn)、使用的噴桿噴霧機(jī)機(jī)型小，噴幅窄小，噴灑精量性、霧滴附著率、農(nóng)藥有效利用率等技術(shù)性能落后，無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)施藥機(jī)械的使用要求，尤其是滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)使用要求的設(shè)備基本上還是空白。 據(jù)調(diào)研實(shí)踐，在噴灑農(nóng)藥或者除草劑方面，國內(nèi)外市場上流行的農(nóng)用噴霧器無論是電動(dòng)式還是手動(dòng)式，無論是背負(fù)式還是車載式從根本上說有三個(gè)缺陷： 第一，結(jié)合以人為本的實(shí)用性沒有體現(xiàn)出來，沒有從用機(jī)人員本身出發(fā)從有損健康的工況中分離出來； 第二，對(duì)環(huán)保性沒有做到真正意義上的設(shè)計(jì)與考慮，事實(shí)上，藥物對(duì)環(huán)境是有危害的，重復(fù)大劑量噴灑必然會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物、土壤的破壞甚至環(huán)境的惡化。 第三，對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)性沒有做到統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的造價(jià)昂貴，液壓泄油是不可避免的，勢必要引進(jìn)專用機(jī)械除去油的污染，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。 通過對(duì)國內(nèi)外施藥裝備的調(diào)研、分析和研究，一種以人為本，結(jié)構(gòu)布置簡單，經(jīng)濟(jì)適用，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好的智能噴灑機(jī)亟待出現(xiàn)。
