塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 王甜甜 劉 川 車(chē)虎軍 郭小康 馬 澤 李曉勤

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全管理衛(wèi)士的設(shè)計(jì)研究

塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 王甜甜 劉 川 車(chē)虎軍 郭小康 馬 澤 李曉勤

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化管理機(jī)器人開(kāi)始走進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域，它的出現(xiàn)給人們的生活帶來(lái)了極大大便利。但針對(duì)農(nóng)牧漁業(yè)安全管理方面的智能化產(chǎn)品甚少，現(xiàn)有陳舊的管理方式對(duì)于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)的幫助日益降低而出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。例如在種植業(yè)方面在新疆、寧夏、內(nèi)蒙等地區(qū)每年因鳥(niǎo)類(lèi)啄食葡萄、枸杞、稻谷、豆類(lèi)、果蔬等農(nóng)作物讓糧食大量減產(chǎn)，還有夜間偷盜和破壞農(nóng)作物也是讓種植戶(hù)十分頭疼的問(wèn)題。在漁牧業(yè)方面，如魚(yú)塘養(yǎng)殖、牛羊群管理、夜間安全巡邏等方面也會(huì)遇到很多問(wèn)題，所以農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。

超聲波驅(qū)鳥(niǎo)；巡邏監(jiān)控；模塊化設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)機(jī)器人

1.引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)人口眾多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的提高以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展將出現(xiàn)新的機(jī)遇。機(jī)器人正在慢慢替代人們從事在艱苦條件下的體力勞動(dòng)，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，是農(nóng)業(yè)智能化必不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在美國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家,農(nóng)業(yè)人口的減少隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多樣化和勞動(dòng)力短缺的矛盾日漸突出,許多勞作如瓜果蔬菜的挑選與采摘等都是密集型勞動(dòng)工作。而我國(guó)將面臨著比世界任何國(guó)家都要嚴(yán)重的老齡化問(wèn)題，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足的問(wèn)題將日益凸現(xiàn)。因此，我國(guó)非常重視農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)，投入了大量的資金和人力。農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以從事單調(diào)重復(fù)以及繁重的工作，如藥物投放、夜間安全巡邏等工作，其效率非常高可有效解放大量人力資源。

本文設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全管理衛(wèi)士以履帶機(jī)器人與無(wú)人機(jī)相結(jié)合的統(tǒng)一體為工作載體，采用不同的模塊化設(shè)計(jì)解決出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，履帶機(jī)器人底座可以適應(yīng)多種不同地形環(huán)境，無(wú)人機(jī)部分可以很快了解田地、魚(yú)塘、羊群的詳細(xì)情況，代替人工自動(dòng)進(jìn)行地面數(shù)據(jù)監(jiān)控、安全巡邏、意外報(bào)警、魚(yú)塘營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)投放、釋放特定超聲波驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)等有破壞性的動(dòng)物，做到農(nóng)業(yè)智能化管理。

2.設(shè)計(jì)研究過(guò)程

2.1 功能設(shè)計(jì)與研究對(duì)象

主要功能：設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全管理衛(wèi)士-智能機(jī)器人可適應(yīng)多種不同地形環(huán)境，可以詳細(xì)記錄農(nóng)田、魚(yú)塘、牛羊群、蔬菜大棚、倉(cāng)庫(kù)的詳細(xì)情況，代替人工自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警、安全巡邏、魚(yú)塘營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)投放、釋放特定超聲波驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)等有破壞性的動(dòng)物，以減少糧食損耗。此外智能機(jī)器人外加入太陽(yáng)板可以在一定程度上增加續(xù)航能力。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全管理衛(wèi)士-智能機(jī)器人采用了模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)轉(zhuǎn)換不同的模塊就可以實(shí)現(xiàn)管理、監(jiān)控、安全巡邏等不同功能，其工作靈活可廣泛運(yùn)用于農(nóng)牧漁等領(lǐng)域。

研究對(duì)象：以履帶機(jī)器人與無(wú)人機(jī)相結(jié)合的統(tǒng)一體為工作載體，采用不同的模塊化設(shè)計(jì)解決出現(xiàn)的諸多問(wèn)題并進(jìn)行深入的研究與設(shè)計(jì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟

（1）前期準(zhǔn)備：學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，做好理論研究，制定最為合理的方案。

（2）仿真實(shí)驗(yàn)：根據(jù)最終制定的方案對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，及時(shí)修改校正參數(shù)。

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：主要研究履帶機(jī)器人如何測(cè)量障礙物間的距離、研究履帶機(jī)器人與無(wú)人機(jī)的統(tǒng)一性、研究安全管理衛(wèi)士-智能機(jī)器人的可靠性、研究無(wú)人機(jī)部分的飛行特性、研究驅(qū)鳥(niǎo)超聲波裝置的性能以及投射器的工作原理等。根據(jù)要求可確定如下設(shè)計(jì)重點(diǎn)：1）主控系統(tǒng)；2）自動(dòng)巡邏模塊；3）避障模塊；4）底盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊；5）飛行模塊；6）管理模塊；7）報(bào)警模塊。

（4）實(shí)物制作：運(yùn)用購(gòu)買(mǎi)的材料和設(shè)備根據(jù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)分步制作出安全管理衛(wèi)士-智能機(jī)器人。

（5）分析實(shí)驗(yàn)：對(duì)制作的裝置進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)，找到存在的問(wèn)題，不斷改進(jìn)。

（6）完善實(shí)驗(yàn)：解決所有的問(wèn)題并對(duì)外觀(guān)進(jìn)行包裝處理。

2.3 軟件開(kāi)發(fā)流程與系統(tǒng)組成

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的軟件開(kāi)發(fā)流程與系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示：

圖1 軟件開(kāi)發(fā)流程

圖2 系統(tǒng)組成