馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)輸送臂防碰控制的研究.pdf

1、我國(guó)是目前世界上馬鈴薯種植面積最大的國(guó)家，2005年達(dá)500萬(wàn)hm<'2>，占世界馬鈴薯面積的25％，亞洲的58％。為滿足馬鈴薯生產(chǎn)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，提高收獲效率和獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始研制帶有輸送臂的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。由于國(guó)內(nèi)開發(fā)的聯(lián)合收獲機(jī)沒(méi)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，作業(yè)時(shí)需要駕駛員不斷地手動(dòng)調(diào)整輸送臂的高度，以免對(duì)薯塊造成機(jī)械碰撞損傷。這種手動(dòng)控制的方式很不準(zhǔn)確，而且容易造成駕駛員疲勞。針對(duì)此問(wèn)題，本文從收獲機(jī)機(jī)械臂的工作原理、

2、結(jié)構(gòu)特性、馬鈴薯的力學(xué)性質(zhì)方面入手，綜合了有限元分析、機(jī)械制造、機(jī)械臂智能控制方法、基于ADAMS的輸送臂液壓系統(tǒng)仿真以及DSP控制技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，對(duì)輸送臂的防碰控制進(jìn)行了研究，主要研究成果包括： 1)根據(jù)已研制出的馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)輸送臂的工作位置和極限位置進(jìn)行分析和求解，得出輸送臂末端水平和豎直極限位置x∈(1850mm，2850mm)和y∈(600mm，1800mm)，大臂旋轉(zhuǎn)角度范圍θ<,1>∈(45°，78°)，

3、小臂旋轉(zhuǎn)角度范圍θ<,2>∈(53°，102°)：并得出兩個(gè)液壓缸的作用力與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)學(xué)關(guān)系，為輸送臂的控制提供了數(shù)據(jù)。 2)試驗(yàn)了不同下落高度對(duì)薯塊造成的損傷，并根據(jù)損傷程度將其分為無(wú)損傷、現(xiàn)時(shí)損傷和輕度損傷三個(gè)等級(jí)；通過(guò)馬鈴薯薯皮拉伸試驗(yàn)，得到薯皮的彈性模量、破壞強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)；利用Hypermesh和Ls-DYNA有限元軟件對(duì)薯塊碰撞進(jìn)行分析，得到馬鈴薯的7種下落高度時(shí)的軸向應(yīng)力分布和變化曲線，其應(yīng)力大小的變化趨勢(shì)與

4、碰撞試驗(yàn)得出的結(jié)論相符，確定馬鈴薯合適的下落高度應(yīng)該控制在20～30cm之間。 3)分析了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了輸送臂軌跡規(guī)劃問(wèn)題，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證仿真。仿真結(jié)果表明本文所完成的輸送臂的軌跡規(guī)劃算法可行，誤差<0.35°，能有效的對(duì)輸送臂的軌跡跟蹤控制。 4)應(yīng)用UG軟件完成輸送臂虛擬樣機(jī)三維實(shí)體造型；利用ADAMS軟件的虛擬樣機(jī)技術(shù)及動(dòng)畫仿真功能，實(shí)現(xiàn)了輸送臂的機(jī)電液一體

5、化運(yùn)動(dòng)控制和動(dòng)畫仿真，驗(yàn)證了軌跡算法的正確性，同時(shí)得到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中液壓缸的受力、液壓閥的開啟過(guò)程以及輸送臂轉(zhuǎn)角等曲線圖，為在實(shí)際樣機(jī)中實(shí)現(xiàn)輸送臂的控制提供了依據(jù)。 5)設(shè)計(jì)并制作了輸送臂的物理模型，采用紅外線測(cè)距方法和DSP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸送臂的控制；對(duì)輸送臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)解法進(jìn)行了測(cè)試，并與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法仿真得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，RBF方法可以提高控制精確度，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，說(shuō)明紅外測(cè)距方法和軌跡算法能達(dá)到輸送臂運(yùn)行控制的目