农用智能履带车设计

于光辉+张骞+向阳+张清晨+马童童+庞靖

摘 要：针对我国农业发展仍处于初级阶段，农业基础还较为薄弱，农业机械化、智能化水平还比较低，特别是在丘陵山区的农业机械智能化方面远不如西方国家的现状，本项目团队自主设计了一种适用于丘陵山区地块的多功能智能履带车。其优势主要体现在以下方面：（1）车身结构上，考虑丘陵山区复杂的地形，采用双排链轮传动的宽履带式履带车，并配以减震机构，克服普通农用机械在复杂路况的行进难问题，并有效的保证了车身运动的平稳性；（2）在提升装置上摒弃传统的以石油为主要能源的液压提升装置，将其换为本项目组成员自主研发的电机-丝杆-滑块机构和连杆机构组合而成的提升装置，有效避免了液压提升在复杂工况下的油液易泄露。（3）在连杆机构的设计上，多处采用杠杆原理，提高机构的传动效率；（4）履带车配备以多个单片机为控制核心的蓝牙及无线传输模块，图像传输模块，北斗、GPS双模定位模块等，从而实现整车运动和作业的远程智能控制。

关键词：智能履带车；减震机构；双重自锁悬挂提升装置；北斗、GPS双模定位；图像传输模块

中图分类号：S229.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0066-01

1 引言

我国丘陵山区占国土面积的43%以上，人口占全国的50%以上。丘陵山区地块小、形状不规则、相邻地块高差大，田间道路狭窄，坡陡弯急。市场上现有的平原农机产品因整机尺寸过大、通过性差，其次，提升装置中多采用液压提升，在复杂工况下材料选择要求高、油液易泄露、加工成本高、工作环境要求高等问题，在丘陵山区的农田作业效果较差，这就要求在丘陵山区作业的农机产品体积小、重量轻、运动灵活、通过性强，并具有可靠性高。

2 设计方案

针对上述问题我们自主设计了具有减震机构和双重自锁悬挂提升装置的农用智能履带车，在确保作业环境安全的前提下，实现丘陵山区行车、作业。此外，该车配有北斗、GPS双模定位，图像传输系统，能够完成图像采集，视频成像及对周边路况进行检查等功能，可进行相应的农业土壤、作物生长状况等各方面信息的采集，实现农用智能履带车的智能化工作。

3 机械结构设计

3.1 整体设计

由于丘陵山区地块地形复杂，普通农用机械在这些地方运动较为困难，大多数农用机械在生产和使用过程中都存在重量重，对地面压力大，震动较强，冲击大的缺点，本项目针对农用机械存在的这些问题，对机构进行设计和改进。在链轮设计上，本项目采用双排链轮作为主动轮，并配以相应的履带，以增大车身与地面的接触面积，减小车身对地面的压力。

3.2 悬挂提升装置设计

为了解决液压缸提升装置在控制提升高度上，其自锁机构单一、支撑强度低、操作难度大、稳定性能差等问题，提高机器的安全性能和工作效率，本悬挂提升装置采用自锁丝杠螺母副和步进电机对提升装置进行多重自锁。

悬挂提升装置将提升杆和摇杆分别铰接在机架上，提升杆的一端为被提升装置的连接端，提升杆的另一端通过连接杆与摇杆连接，提升杆、连接杆、摇杆和机架构成双摇杆机构；所述自锁丝杠螺母副包括丝杠和丝杠螺母，传动杆的一端与摇杆铰接，传动杆的另一端通过平动轴与丝杠螺母转动连接；丝杠一端通过丝杠支座转动连接在机架上，丝杠另一端与步进电机的转轴同轴传动连接，步进电机固定设置在机架上，通过步进电机控制来实现装置的升降。

4 控制模块设计

4.1 控制系统简介

主要包括一套89C51系统电路、GPS北斗双模定位系统电路、遥控系统电路、12键遥控器、蓝牙及无线传输系统电路、图像传输系统电路等。

4.2 GPS、北斗双模定位系统

GPS、北斗双模定位系统的核心是和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块，基于双系统多频率高性能SoC芯片，能够同时支持BD2 B1、GPS L1两个频点。UM220-III N外形尺寸紧凑，采用SMT焊盘，支持标准取放及回流焊接全自动化集成，尤其适用于低成本、低功耗領域。

GPS、北斗双模定位系统辅以卫星显控软件CDT，为UM220-III N用户提供图形化界面，通过该软件用户可以便捷地控制接收机并进行功能设臵、获取所需信息。

通过采用GPS、北斗双模定位系统大大提高了作品的定位精度，便于智能控制该作品在一定范围内进行农业作业等其他工作。

4.3 图像传输系统

图像传输系统由高清晰成像WEB摄像头、信号接受电视、两个3115舵机、单片机、继电器、无线摄像头、遥控接收/发射器、驱动电路等组成。两个3115舵机可通过两自由度云台搭载平台实现全方位的摄像，完成图像采集。

5 创新点

（1）采用自主研发的电机-丝杆-滑块机构和连杆机构组合而成的提升装置，有效避免了液压提升在复杂工况下的油液易泄露，工作环境要求高，加工成本高等一系列问题，在连杆机构的设计上，多处采用杠杆原理，提高机构的传动效率，并利用电机-丝杆-滑块机构，以及连杆机构实现电器、机械双重自锁，提高提升装置工作的稳定性和安全性。

（2）采用减震弹簧-绞架-带边轴承复合机构组成减震系统，有效降低了复杂路况带来的车身的震动和冲击。

（3）加入了基于、GPS双模定位系统，更有利于增加该作品在丘陵山区的定位精度，使该作品更加智能化，可按照人的需求在规定的范围内进行农业耕作，更广泛点可扩展到农业种植、播种等领域，甚至于核工业、军事、燃化、铁路等其他领域。

参考文献

[1]濮良贵，纪名刚，主编.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006年.

[2]王振华主编.使用轴承手册.上海：上海科学技术文献出版社，1991年.

[3]王昆，何小柏，汪信远，主编.机械设计课程设计.武汉：高等教育出版社，2006年.

[4]吴宗泽，主编.机械结构设计.北京：机械工业出版社，1983年.