多功能遥控作业车的研制

王永振，樊桂菊，仉 利，冯海明

（山东农业大学机械与电子工程学院，泰安 271018）

0 引言

近年来，随着我国农业产业结构的不断优化调整，果园和温室大棚生产有了飞速发展，其生产结构渐趋成熟，种植面积和产量稳步提升[1-4]。小型农业机械在果园和温室大棚种植管理方面发挥着重要作用，但传统的小型农业机械作业时需要人工现场操作，工作环境差、劳动强度高、安全性低成为生产中的重大难题[5，6]。因此，研究一种智能化的小型农业机械是实现果园和温室大棚节本增效的有效途径。

本文将提出基于ARM的小型多功能遥控作业车的研究，研制开发一套实用、可靠的远程监控系统和自适应油门控制的紧凑作业机械，将其用在温室大棚和矮化果园中，实现在环境舒适的监控站等场所对该农业机械的遥控操作。通过对该遥控作业车的操作，使操作者在远方监控室对机械和田间作物进行监控，提高操作者舒适度，降低劳动强度[7-9]。该项目不仅提高了农田作业机械的智能化，为现代化农业提供一种先进的技术装备，还将为农业机械自动导航研究提供研究基础和平台，必将促进农业产业的转型和升级。

1 作业车总体方案设计

为了输出较大驱动力并便于控制，整机的所有工作装置均采用液压系统进行控制和驱动，整机结构简图如图1所示，主要由动力系统、传动系统、液压系统、电气系统、车架、行走装置和辅助工作装置等组成。其中动力系统主要包括发动机或蓄电池等；传动系统包括带传动和链传动等；液压系统包括液压管路、齿轮泵、液压马达、液压缸以及压力变送器等；电气系统包括电磁阀、继电器以及线路等。

整台机器的动力由汽油机（大棚由蓄电池加电机）提供，带动双联齿轮泵，为整套液压系统提供高压油。通过电磁阀，控制各个回路的通断，进而驱动各个工作装置。行走机构靠两个行走液压马达提供驱动力，大臂的举升靠两个同步液压缸提供动力。各种液压工作附具通过快换装置连接在挂架上，由快换接头连接，形成完整的液压系统回路。

图1 遥控作业车结构示意图

为了适应大棚和矮化果园作业，整个车体设计的比较紧凑。车体通过销轴连接在行走机架上，发动机通过减震装置安装在车体的后半部分，遥控装置通过控制多路电磁阀，实现对整台机器的操控。大臂通过铰链轴安装在机体后上方，大臂前端安装铰接机架，挂架上有快换销轴，能够连接不同的辅助工作装置（铲斗、挖掘装置、开沟机、破碎机、钻孔施肥器等）。

2 作业车远程监控系统的总体设计

小型农业机械以其优良的使用性能近几年在我国发展起来并受到农民欢迎，但其在使用过程中还存在着作业环境恶劣（如农药毒性大，灰尘多，地面坑洼不平等），舒适性差等问题[10-12]。因此本次设计考虑到以上因素，专门为小型多功能作业车设计开发了一套实用可靠的远程监控系统和由单片机控制的油门控制系统，让操作者可以在环境舒适的远程监控端实现对农业机械的远程控制与操作。

对于作业车远程视频监控管理系统的设计，必须要满足使用方便、易操作和安全性高等要求。本系统在设计时应该满足以下几个目标：

（1）采用人机交互模式，监控中心软件界面设计美观，操作快捷、准确，数据传输安全可靠；

（2）无线传输网络性能要满足稳定性好，抗干扰能力强，传输速率快的特点；

（3）下位机系统工作电压为5～12 V，工作环境温度为-15～50℃；

（4）监控中心提供摄像头云台控制，可以根据需要调节监控的角度，提供日志功能，对监控的操作进行记录。最大限度地实现维护简单、运行稳定；

（5）系统油门自适应控制响应迅速、灵敏；当下位机系统出现故障时监控系统应该具备一定的应急措施。

3 结论

针对小型农用机械在矮化果园和温室大棚作业过程中存在的操作环境恶劣、劳动强度高、安全性低等问题，研究设计了一种小型多功能遥控作业车。该作业车集成了机械、液压、自动控制和电子信息等众多技术，以上下位机的形式进行远程监控，实现了在环境舒适的监控站对作业车的遥控操作。该车具有响应迅速，动作执行可靠的优点。降低了操作者的劳动强度，保证了其人身安全，提高了作业车的智能化水平。

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