王盛豪，盧德靖，賈文浩，陳毓磊，安 達(dá)

(沈陽航空航天大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，沈陽 110000)

1 結(jié)構(gòu)方案

1.1 底盤結(jié)構(gòu)

多功能植被修復(fù)車的底盤結(jié)構(gòu)如圖1所示。采取鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)置了橫梁及輔梁并采用全金屬結(jié)構(gòu)，使得車輛具有較高強(qiáng)度。在車的四周安裝了保險(xiǎn)杠和導(dǎo)輪及車體底部的硬著陸結(jié)構(gòu)，極大地增加了車體穩(wěn)定性。該底盤設(shè)計(jì)具有較高的適配性，可以用作多種移動(dòng)結(jié)構(gòu)的底盤。

圖1 底盤結(jié)構(gòu)方案Fig.1 Chassis structure scheme

1.2 草皮鋪設(shè)結(jié)構(gòu)

草皮鋪設(shè)機(jī)構(gòu)由電機(jī)限位孔、草皮安放軸、擋料塊、車架等結(jié)構(gòu)組成，其中電機(jī)限位孔主要用于電機(jī)安放，通過皮帶連接草皮安放軸使其傳動(dòng)，并和車架上的擋料塊配合，從而實(shí)現(xiàn)草皮安放。

1.3 清障運(yùn)載結(jié)構(gòu)

車輛整體前端設(shè)置清障運(yùn)載結(jié)構(gòu)，用于清除障礙及運(yùn)載物品。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 清障結(jié)構(gòu)Fig.2 Clearing structure

1.4 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

本車結(jié)構(gòu)采用最大的靈活性和自由機(jī)動(dòng)性的麥克納姆輪。全車采用全向驅(qū)動(dòng)技術(shù)，全向智能移動(dòng)平臺(tái)能夠在任意方向上實(shí)現(xiàn)平移和原地旋轉(zhuǎn)，借助這一強(qiáng)大的機(jī)動(dòng)性，可在狹小的空間內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行快速定位。具體的行走方式為直行、斜行、橫行、S形行進(jìn)、零半徑任意角度旋轉(zhuǎn)等。連接麥克納姆輪和整車底盤車架的懸臂能夠在一些特殊地形中起到越障功能，提高了整車的機(jī)動(dòng)性。

2 控制系統(tǒng)

2.1 單片機(jī)控制

使用單片機(jī)控制車體全部電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)動(dòng)、草皮鋪設(shè)、施肥、澆水等一系列功能。采用MCS-51單片機(jī)芯片作為主控芯片，搭載4路電機(jī)驅(qū)動(dòng)板分別控制多路舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退及各種傳動(dòng)動(dòng)作。4路電機(jī)驅(qū)動(dòng)板以MCS-51單片機(jī)為核心，將所需必要代碼部分加載進(jìn)芯片，節(jié)約了機(jī)器人主控芯片的資源，提高了機(jī)器人控制效率。采用單脈沖信號(hào)申請(qǐng)中斷，對(duì)每次中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示在計(jì)數(shù)器上，從而達(dá)到檢測(cè)壽命的目的。

具體代碼如下：

ORG 0000H //偽指令ORG，絕對(duì)跳轉(zhuǎn)至字節(jié)地址0000H，程序的開始

AJMP START //轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移至START

ORG 0003H //外部中斷0入口地址

AJMP INT //轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移至INT

ORG 0030H //主程序入口0030H

START: //主程序標(biāo)號(hào)START

SETB EA //EA=1，開中斷允許中的總允許

SETB EX0 //EX0=1，允許外部中斷0源允許

SETB IT0 //IT0=1，設(shè)置外部中斷0為下跳沿觸發(fā)

MOV A,#00H //將立即數(shù)00輸送到累加器A當(dāng)中

MOV P1,A //將累加器A中的立即數(shù)輸送到p1端口中

AJMP $ //原地跳轉(zhuǎn)，等待中斷

ORG 004FH //設(shè)置INT子程序的入口地址為004FH

INT: //子程序標(biāo)號(hào)INT

INC A //累加器A中的數(shù)值加1

MOV P1,A //將累加器A中的立即數(shù)輸送到P1口當(dāng)中

RETI //中斷返回，必須加

END //結(jié)束程序

為了實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)化，可設(shè)置定期延時(shí)功能，確定工作周期。例如，提前計(jì)算好單個(gè)植被栽培時(shí)間，編寫程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，運(yùn)行時(shí)間同理。假設(shè)運(yùn)行時(shí)間和單個(gè)植被栽培時(shí)間相同，設(shè)置單個(gè)植被栽培時(shí)間為：1/12×12×2×200×250×250=25 s。

具體代碼如下：

ORG 0000H ；偽指令絕對(duì)地址，跳轉(zhuǎn)至單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)地址0000H

AJMP START ；轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)至START

ORG 0100H ；偽指令絕對(duì)地址，跳轉(zhuǎn)至單片機(jī)0100H，程序從0100H開始運(yùn)行

START: ；主程序編號(hào)

MOV A,#01H ；將立即數(shù)01輸入到累加器A當(dāng)中

LOOP1: ；循環(huán)1

MOV P1,A ；將累加器A中輸入到P1口

ACALL DELAY ；跳轉(zhuǎn)至延時(shí)程序

RL A ；累加器A左移，乘2倍

AJMP LOOP1 ；跳轉(zhuǎn)循環(huán)1

DELAY: ；子程序編號(hào)

MOV R7,#200 ；延時(shí)指令

DL2:

MOV R6,#250 ；延時(shí)指令

DL1:

MOV R5,#250 ；延時(shí)指令

DJNZ R5,$ ；判斷減1跳轉(zhuǎn)循環(huán)指令

DJNZ R6,DL1 ；判斷減1跳轉(zhuǎn)循環(huán)指令

DJNZ R7,DL2 ；判斷減1跳轉(zhuǎn)循環(huán)指令

RET

END

2.2 藍(lán)牙信號(hào)控制

通過攝像裝置可觀測(cè)周圍路況，通過藍(lán)牙模塊可在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制?？蓪?shí)現(xiàn)靈活的人機(jī)交互，大大提升了整體的可用性和智能性，使其應(yīng)用價(jià)值進(jìn)一步提高。

3 功能優(yōu)勢(shì)

運(yùn)用草皮傳動(dòng)設(shè)計(jì)，將草皮等植被進(jìn)行自動(dòng)鋪設(shè)。運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可在鋪設(shè)草皮后自動(dòng)進(jìn)行施肥澆水，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程。采用升降裝置可調(diào)節(jié)施肥高度，適應(yīng)不同維度的地形?？稍诘屯莸匦稳鐪羡值鹊匦沃泄ぷ鳎瑫r(shí)調(diào)整車輛整體重心，使其行進(jìn)更加平穩(wěn)，不容易側(cè)翻。設(shè)計(jì)懸臂結(jié)構(gòu)，四輪獨(dú)立懸掛，極大程度地降低了不平整地形上的晃動(dòng)，提升了車輛的越障性能及行走的平穩(wěn)性。

4 應(yīng)用前景

設(shè)計(jì)的多功能植被修復(fù)車是一種集鋪設(shè)草皮、施肥澆水于一體的機(jī)械裝置，可使鋪設(shè)草皮和施肥澆水同時(shí)進(jìn)行。鋪設(shè)的草皮可減少土壤裸露程度，緊固沙土，防止水土流失。通過施加特殊肥料，可彌補(bǔ)土壤有機(jī)肥投入不足問題，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，防止土壤發(fā)生板結(jié)，從而達(dá)到修復(fù)土壤植被、防風(fēng)固沙的目的。