馬鈴薯聯(lián)合收獲機輸送臂防碰控制的研究.pdf

1、我國是目前世界上馬鈴薯種植面積最大的國家，2005年達(dá)500萬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)和國內(nèi)外市場的需求，提高收獲效率和獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)已經(jīng)開始研制帶有輸送臂的馬鈴薯聯(lián)合收獲機。由于國內(nèi)開發(fā)的聯(lián)合收獲機沒有自動控制系統(tǒng)，作業(yè)時需要駕駛員不斷地手動調(diào)整輸送臂的高度，以免對薯塊造成機械碰撞損傷。這種手動控制的方式很不準(zhǔn)確，而且容易造成駕駛員疲勞。針對此問題，本文從收獲機機械臂的工作原理、

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、機械制造、機械臂智能控制方法、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，對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)合收獲機結(jié)構(gòu)，對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°)：并得出兩個液壓缸的作用力與兩個旋轉(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)試驗了不同下落高度對薯塊造成的損傷，并根據(jù)損傷程度將其分為無損傷、現(xiàn)時損傷和輕度損傷三個等級；通過馬鈴薯薯皮拉伸試驗，得到薯皮的彈性模量、破壞強度等力學(xué)參數(shù)；利用Hypermesh和Ls-DYNA有限元軟件對薯塊碰撞進(jìn)行分析，得到馬鈴薯的7種下落高度時的軸向應(yīng)力分布和變化曲線，其應(yīng)力大小的變化趨勢與

4、碰撞試驗得出的結(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)分析了機械臂的運動學(xué)方程和動力學(xué)方程，利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了輸送臂軌跡規(guī)劃問題，并應(yīng)用計算機仿真技術(shù)進(jìn)行了驗證仿真。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三維實體造型；利用ADAMS軟件的虛擬樣機技術(shù)及動畫仿真功能，實現(xiàn)了輸送臂的機電液一體

5、化運動控制和動畫仿真，驗證了軌跡算法的正確性，同時得到運動過程中液壓缸的受力、液壓閥的開啟過程以及輸送臂轉(zhuǎn)角等曲線圖，為在實際樣機中實現(xiàn)輸送臂的控制提供了依據(jù)。 5)設(shè)計并制作了輸送臂的物理模型，采用紅外線測距方法和DSP技術(shù)，實現(xiàn)了輸送臂的控制；對輸送臂系統(tǒng)的運動學(xué)解法進(jìn)行了測試，并與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法仿真得出的結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明，RBF方法可以提高控制精確度，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，說明紅外測距方法和軌跡算法能達(dá)到輸送臂運行控制的目