一种多功能荒漠植被修复车的设计

王盛豪，卢德靖，贾文浩，陈毓磊，安 达

(沈阳航空航天大学 机电工程学院，沈阳 110000)

1 结构方案

1.1 底盘结构

多功能植被修复车的底盘结构如图1所示。采取钢架结构设计，设置了横梁及辅梁并采用全金属结构，使得车辆具有较高强度。在车的四周安装了保险杠和导轮及车体底部的硬着陆结构，极大地增加了车体稳定性。该底盘设计具有较高的适配性，可以用作多种移动结构的底盘。

图1 底盘结构方案Fig.1 Chassis structure scheme

1.2 草皮铺设结构

草皮铺设机构由电机限位孔、草皮安放轴、挡料块、车架等结构组成，其中电机限位孔主要用于电机安放，通过皮带连接草皮安放轴使其传动，并和车架上的挡料块配合，从而实现草皮安放。

1.3 清障运载结构

车辆整体前端设置清障运载结构，用于清除障碍及运载物品。结构如图2所示。

图2 清障结构Fig.2 Clearing structure

1.4 运动机构

本车结构采用最大的灵活性和自由机动性的麦克纳姆轮。全车采用全向驱动技术，全向智能移动平台能够在任意方向上实现平移和原地旋转，借助这一强大的机动性，可在狭小的空间内对车辆进行快速定位。具体的行走方式为直行、斜行、横行、S形行进、零半径任意角度旋转等。连接麦克纳姆轮和整车底盘车架的悬臂能够在一些特殊地形中起到越障功能，提高了整车的机动性。

2 控制系统

2.1 单片机控制

使用单片机控制车体全部电机转动，从而实现车辆运动、草皮铺设、施肥、浇水等一系列功能。采用MCS-51单片机芯片作为主控芯片，搭载4路电机驱动板分别控制多路舵机，实现前进后退及各种传动动作。4路电机驱动板以MCS-51单片机为核心，将所需必要代码部分加载进芯片，节约了机器人主控芯片的资源，提高了机器人控制效率。采用单脉冲信号申请中断，对每次中断进行计数，并将计数结果显示在计数器上，从而达到检测寿命的目的。

具体代码如下：

ORG 0000H //伪指令ORG，绝对跳转至字节地址0000H，程序的开始

AJMP START //转移指令，转移至START

ORG 0003H //外部中断0入口地址

AJMP INT //转移指令，转移至INT

ORG 0030H //主程序入口0030H

START: //主程序标号START

SETB EA //EA=1，开中断允许中的总允许

SETB EX0 //EX0=1，允许外部中断0源允许

SETB IT0 //IT0=1，设置外部中断0为下跳沿触发

MOV A,#00H //将立即数00输送到累加器A当中

MOV P1,A //将累加器A中的立即数输送到p1端口中

AJMP $ //原地跳转，等待中断

ORG 004FH //设置INT子程序的入口地址为004FH

INT: //子程序标号INT

INC A //累加器A中的数值加1

MOV P1,A //将累加器A中的立即数输送到P1口当中

RETI //中断返回，必须加

END //结束程序

为了实现小车的自动化，可设置定期延时功能，确定工作周期。例如，提前计算好单个植被栽培时间，编写程序实现自动化，运行时间同理。假设运行时间和单个植被栽培时间相同，设置单个植被栽培时间为：1/12×12×2×200×250×250=25 s。

具体代码如下：

ORG 0000H ；伪指令绝对地址，跳转至单片机系统启动地址0000H

AJMP START ；转移指令，跳转至START

ORG 0100H ；伪指令绝对地址，跳转至单片机0100H，程序从0100H开始运行

START: ；主程序编号

MOV A,#01H ；将立即数01输入到累加器A当中

LOOP1: ；循环1

MOV P1,A ；将累加器A中输入到P1口

ACALL DELAY ；跳转至延时程序

RL A ；累加器A左移，乘2倍

AJMP LOOP1 ；跳转循环1

DELAY: ；子程序编号

MOV R7,#200 ；延时指令

DL2:

MOV R6,#250 ；延时指令

DL1:

MOV R5,#250 ；延时指令

DJNZ R5,$ ；判断减1跳转循环指令

DJNZ R6,DL1 ；判断减1跳转循环指令

DJNZ R7,DL2 ；判断减1跳转循环指令

RET

END

2.2 蓝牙信号控制

通过摄像装置可观测周围路况，通过蓝牙模块可在手机等移动设备上进行远距离控制。可实现灵活的人机交互，大大提升了整体的可用性和智能性，使其应用价值进一步提高。

3 功能优势

运用草皮传动设计，将草皮等植被进行自动铺设。运用创新设计，可在铺设草皮后自动进行施肥浇水，实现自动化流程。采用升降装置可调节施肥高度，适应不同维度的地形。可在低洼地形如沟壑等地形中工作，同时调整车辆整体重心，使其行进更加平稳，不容易侧翻。设计悬臂结构，四轮独立悬挂，极大程度地降低了不平整地形上的晃动，提升了车辆的越障性能及行走的平稳性。

4 应用前景

设计的多功能植被修复车是一种集铺设草皮、施肥浇水于一体的机械装置，可使铺设草皮和施肥浇水同时进行。铺设的草皮可减少土壤裸露程度，紧固沙土，防止水土流失。通过施加特殊肥料，可弥补土壤有机肥投入不足问题，提高土壤有机质含量，改善土壤结构，促进土壤团粒结构的形成，防止土壤发生板结，从而达到修复土壤植被、防风固沙的目的。