基本信息
- 項目名稱：
- 基于車載自適性平臺的自動噴灑農藥機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對我國缺乏相對高效廉價施藥機具的現(xiàn)狀，以創(chuàng)新、實用、經(jīng)濟和環(huán)保的設計原則，研制出一種適用于精細農業(yè)的高效輕便型自動噴灑農藥機，在單片機的基礎上給出了車載自適性穩(wěn)定平臺、噴灑系統(tǒng)及遙控系統(tǒng)的設計方法與解決方案。試驗表明該機系統(tǒng)簡單，性能良好，占地空間小，布置方便，動力消耗小，環(huán)境友好，較好地解決了人機分離作業(yè)，提高農藥有效利用率，改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境等問題，進而提高了農機品質。
- 詳細介紹：
- 作品設計的基本思路 (一)自動噴灑農藥機的結構設計 1、車載自適性穩(wěn)定平臺機械機構設計車體在田地中作業(yè)，為避免車體搖擺對噴頭指向的影響，采用自適性穩(wěn)定平臺，噴槍桿臂安裝在內框架上，內框架支承在外框架上，其旋轉軸線垂直車體的首尾線；外框架又支承在基座上，其旋轉軸線平行且偏置于首尾線?；芄潭ㄔ谲圀w上。 2、噴頭的結構設計長度不同的噴槍桿臂的可根據(jù)不同的需要安裝穩(wěn)定平臺上，噴頭安裝在桿臂頂部，噴頭體上安裝多個小噴嘴，通過調整小噴嘴軸線之間的夾角來調整噴嘴的噴霧方向。 （二）自動噴灑農藥機檢測與控制系統(tǒng)設計 (1)傳感器層的設計 本系統(tǒng)采用單軸陀螺儀ENC-03模塊，為單軸角速度傳感器。 橫搖結構包括橫搖步進電機、橫搖軸、內框；縱搖結構包括:縱搖步進電機、縱搖軸、外框。橫搖、縱搖軸上各安裝一個陀螺儀傳感器，當平臺傾斜時，分別感應出橫搖軸、縱搖軸的角速度，經(jīng)積分處理后轉換成角度，并產(chǎn)生正比于偏角大小的信號。 (2)信號采集執(zhí)行層、顯示層、控制層的設計 由于陀螺儀送出模擬信號，須經(jīng)信號采集單元采集，即將A\D模塊轉換后送到處理單元.多次采集取平均值消抖。 本系統(tǒng)采用AVR單片機對縱橫搖信號進行處理，輸出控制信號。高性能低功耗的AVR具有先進的RISC結構：133條指令，大多數(shù)可以在一個時鐘周期內完成；32*8 通用工作寄存器加外設控制寄存器；工作于16MHZ時性能16MIPS。 采用顯示模塊，顯示出橫縱搖偏轉角度，方便觀測調節(jié)動向。 單片機輸出的控制信號給L298的四個輸入端，四個輸出端接兩相四線步進電機，控制步進電機正反轉實現(xiàn)調節(jié)。 （3）小車遙控系統(tǒng)的設計 采用單片機和套裝搖控芯片實現(xiàn)。主要由發(fā)射模塊，接受模塊，驅動模塊，及單片機組成?？刂撇糠种饕紤]按鍵的設計，遙控器上的5個控制鍵控制遙控車的運動，分別是：前進、后退、向左、向右、停止。小車通過接受遙控器發(fā)來的信號來完成相應的動作。 三、作品的創(chuàng)新點 應用自適性穩(wěn)定平臺和遙控技術實現(xiàn)智能噴灑的設計方案，解決農業(yè)機具精確定位噴灑問題是國內外首創(chuàng)。 四、作品的技術關鍵 （1）本系統(tǒng)自適性平臺設置為軸心偏置結構，縮小了占地空間，減輕了平臺的重量便于電機的驅動。其技術關鍵在于確定兩個軸向的平衡位置。 （2）系統(tǒng)的控制策略是關鍵，設計適合的控制器，提高整個穩(wěn)定平臺的控制精度。 五、作品主要技術指標 （1）方位驅動范圍為±60°;俯仰驅動范圍為- 60°～60°。 （2）自適性平臺可在平臺傾角小于等于60°范圍內任意位置能鎖定。 （3）電機運動速度：方位運動速度為0 . 1°/ s～2°/ s ；俯仰運動速度為0. 1°/ s～1. 5°/ s 。 （4）抗風能力：風速10 m/ s 噴桿正常工作;風速12 m/ s 噴頭降精度工作;風速16 m/ s 農藥機有傾覆危險。 (5)最大遙控范圍：100m。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一、作品發(fā)明的目的 各種農藥在農業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，但同時也帶來了嚴重的環(huán)境問題，如何消除農藥對環(huán)境和農民的危害，已成為事關民生健康和我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重大問題。 二、作品設計的基本思路 1、機械機構設計 (1)車體在田地中作業(yè)，為避免車體搖擺對噴頭指向的影響，采用自適性穩(wěn)定平臺,噴槍桿臂安裝在內框架上，內框架支承在外框架上，其旋轉軸線垂直車體的首尾線；外框架又支承在基座上，其旋轉軸線平行且偏置于首尾線?；芄潭ㄔ谲圀w上。(2)噴頭的結構設計長度不同的噴槍桿臂的可根據(jù)不同的需要安裝穩(wěn)定平臺上，噴頭安裝在桿臂頂部，噴頭體上安裝多個小噴嘴。 2、檢測與控制系統(tǒng)設計 (1)傳感器層的設計采用單軸陀螺儀模塊。當平臺傾斜時，分別感應出橫搖軸、縱搖軸的角速度，經(jīng)積分處理后轉換成角度，并產(chǎn)生正比于偏角大小的信號。(2)信號采集執(zhí)行層、顯示層、控制層的設計采用AVR單片機對縱橫搖信號進行處理，輸出控制信號。(3)小車遙控系統(tǒng)的設計采用單片機和套裝搖控芯片實現(xiàn)。 三、作品的創(chuàng)新點 應用自適性穩(wěn)定平臺和遙控技術實現(xiàn)智能噴灑的設計方案，解決農業(yè)機具精確定位噴灑問題是國內外首創(chuàng)。 四、技術關鍵為系統(tǒng)的控制精度是關鍵。 五、作品主要技術指標 (1)方位驅動范圍為±60°;俯仰驅動范圍為- 60°～60°。(2)自適性平臺可在平臺傾角小于等于60°范圍內任意位置能鎖定。(3)最大遙控范圍：100m。
科學性、先進性
- 據(jù)調研實踐，在噴灑農藥或者除草劑方面，國內外市場上流行的農用噴霧器無論是電動式還是手動式，無論是背負式還是車載式從根本上說有兩個缺陷： 第一，結合以人為本的實用性沒有體現(xiàn)出來，都沒有從用機人員本身出發(fā)，將他們從有損健康的工況中分離出來； 第二，對社會的經(jīng)濟性和環(huán)保性沒有做到真正意義上的設計與考慮，事實上，藥物對環(huán)境是有危害的，重復大劑量噴灑必然會導致農作物、土壤的破壞甚至環(huán)境的惡化。 鑒于此，自動噴灑農藥機應具備的功能和特性如下： 首先，用機人員可以不必進入田壟，使用遙控器即可實現(xiàn)機器自動作業(yè); 其次，載有自適性穩(wěn)定平臺小車可以保證噴頭在田間準確定位噴灑，減少農藥用量，降低農藥對生態(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25MPa)，加之特別設計的噴頭，它的耗藥量只有普通噴藥器的1/10左右，極大的提高了農藥的利用率，同時也減小了農藥對環(huán)境的污染程度;
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年5月15日，設計的模型參加了太原市知識產(chǎn)權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，并得到了一致好評。
作品所處階段
- 實驗室階段，試調成功，做出實物模型。
技術轉讓方式
- 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,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1、技術特點和優(yōu)勢 （1）車載自適性穩(wěn)定平臺 非置心穩(wěn)定平臺、驅動傳動機構、陀螺儀傳感器模塊，伺服控制單元組成，保證噴頭對作業(yè)對象的精準定位。 （2）多路遙控小車作為載體，使得人機分離工作成為可能，以減輕勞動力，關乎勞動者健康。 2、適用范圍及推廣前景的技術性說明市場分析和經(jīng)濟效益預測 在探索農業(yè)應用信息高新技術的發(fā)展過程中，精細農業(yè)技術的應用前景尤其令人矚目。其中，在增加農作物產(chǎn)量、保護生態(tài)環(huán)境及以人為本的多重要求下，研究先進的噴灑技術已經(jīng)成為精細農業(yè)中的一個重要的分支。因此，開始把目光轉向農田智能噴灑技術。以減輕勞動量，關注生產(chǎn)環(huán)境。 試驗表明該機具有系統(tǒng)簡單、性能良好，占地空間小，布置方便，動力消耗小，環(huán)境友好，價格低廉，較好地解決了現(xiàn)行果園、農田中存在的浪費農藥、污染環(huán)境等問題。該機在智能噴灑技術上具有非常廣闊的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，歐美發(fā)達國家生產(chǎn)和使用的施藥機械以大型自走式施藥機械為主。采用高地隙全液壓自走式底盤和噴桿噴霧機相結合的形式，應用液壓技術和電子控制技術實現(xiàn)噴霧機的行走、轉向、風機和液泵等工作部件的驅動等，對農作物的精確噴灑是通過精準施藥監(jiān)控系統(tǒng)通過設置參數(shù)，自動控制單位面積噴灑的藥量，具有前進速度預設的噴量和實際噴灑量、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)、通過機具作業(yè)速度的實際測定，自動調控噴霧壓力，使實際噴霧量與設定的單位面積施液量相一致。同時，監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示機具作業(yè)速度、單位面積施液量、實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旁，可接GPS或個人電腦，動作靈活、方便、可靠、作業(yè)效率高, 但是價格非常昂貴。 我國生產(chǎn)、使用的噴桿噴霧機機型小，噴幅窄小，噴灑精量性、霧滴附著率、農藥有效利用率等技術性能落后，無法滿足現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)對施藥機械的使用要求，尤其是滿足精細農業(yè)使用要求的設備基本上還是空白。 據(jù)調研實踐，在噴灑農藥或者除草劑方面，國內外市場上流行的農用噴霧器無論是電動式還是手動式，無論是背負式還是車載式從根本上說有三個缺陷： 第一，結合以人為本的實用性沒有體現(xiàn)出來，沒有從用機人員本身出發(fā)從有損健康的工況中分離出來； 第二，對環(huán)保性沒有做到真正意義上的設計與考慮，事實上，藥物對環(huán)境是有危害的，重復大劑量噴灑必然會導致農作物、土壤的破壞甚至環(huán)境的惡化。 第三，對社會的經(jīng)濟性沒有做到統(tǒng)籌設計，液壓系統(tǒng)的造價昂貴，液壓泄油是不可避免的，勢必要引進專用機械除去油的污染，增加了農業(yè)生產(chǎn)成本。 通過對國內外施藥裝備的調研、分析和研究，一種以人為本，結構布置簡單，經(jīng)濟適用，對生態(tài)環(huán)境友好的智能噴灑機亟待出現(xiàn)。
