【地形自适应与仪器自平衡四驱实验车】
功能作用介绍:
中国农业大学是一所以农为主的综合性大学。在农学、工学、水利、动物科学、食品科学等学科的专业教学过程中,引入了大量现代农业生产的实际案例,包括各种先进仪器、自动化设备的原理、应用等内容,并开设了农田、果园、养殖场和食品加工厂等环境下的生产、应用与原理分析等相关的教学实验。
在开展教学实验过程中,需要使用相应的仪器设备,如:农田信息采样、作物数据采集、果实自☆动采摘、动物监测、饲料投喂等,经常遇到工作区域比较狭窄、路面不平、环境复杂的情况,实验用的仪器设备重量较大,依靠人工搬运到实验地有较大的难度;而且在实①验操作过程中,需要对仪器设备的位置进行调整,使之保持水平基准或者一个固定的相对角度/位置。一般使用过程中都是采用小型拖拉机搬运,占地大、装卸运输成本高,存在安全隐患;仪器设备位置的人工校→准,工作强度大、水平也不稳定,造成实验数据错位,校正困难,影响到结果与分析结论的正确性;一些为科研设计的移动平台,针对性强,结构固定,适应性差,难以满足多种实验条件的需求。
针对上述教学实验过程中的实际问题,研制的地形自适应与仪※器自平衡四驱试验车系列,标准车身尺寸:长1300cm,宽920mm,高900mm,车身质量(含电池与平衡器)46kg,设计负载75kg,速度:0.5-3.5km/h,位置平衡机构最大调节角度23°。依据转向结构差异分为3个车型。其中UGV-01型采用扭↙腰机构,通过电动推杆改变前后车身的相对位置,即调节前后车轮的夹角实现转向,车体转向过】程平稳,适应低速实验要求;UGV-02型采用平行四边形拉杆机构,通过一个直线电机驱动四连杆机构,带动调节转向轮的安装轴,调节行进方向,该车型」转向控制简单,位置较精确,响应速度快,适合在较大空间的实验环境使用;UGV-03型采用全向四轮机构,通过步进电机带动蜗轮蜗杆减速机构直接调节各轮的角度,实现任意角度的运动方向精确控制,适用于温室大棚的实验环境。全系列试验车车体结构与连接方式设计创新,采用铝型材构建,质量轻巧,可装载的仪器设备质量最大75Kg,设计最大行驶速度3.5公里/小时;车身采用分体结构,通过同轴扭转机□构,保证四轮都能与不平整地面实际接触,避免车体悬空打滑的情况,同时可以依据实验条件情况方便更换不同类型车轮,实现对各种地形与土壤的适应;车体连接机构①简易通用,可以便捷快速的实∏现车体宽度、离地间隙的调整,以满足各种不同的实验条件□ 要求,如:可以开展不同垄间距和不同生长期的作物生长状况监测;试验车采用24V可充电电池直流供电,便于户外实验,并减少燃油排放;驱动为采用直流电机等扭矩全时四驱,有良好的驾驶操控性和行驶循迹性,保证了试验车的工作动力和运行平稳;车体搭载自主研发的2轴/3轴自平衡机构,融合↓多传感信息,通过单片机调节步进电机,在静止与运动状态下都能够自动快速调节至设定的相对位置,实验过程中矫正因路面颠簸给采集设备带来的位置偏差,保持所安装的实验仪器设备的平衡,保证实验测试的稳定性;试验车采用单片机控制,并有ZigBee、Wifi多种数据传输方式,可以实现遥控和实验数据的远程采集,配合GPS模块,还可以实现定位采样,为实验操作便利和数据实时采集提供了有效的技术手段。
地形自适应与仪器自平衡四驱试验车系列,形成了一个简便易用的遥控运载平台,能够适应各种地形和工作环境,方便搭载各种仪器设备,自动进行位置的调整,取代拖拉机搬运和人工操作,很大程度上减少农学、工学等本科、研究生专业课程的实验准备工作量,节约成本和提高教学实践的效率。
此外,该系列试验车设计融合了工学的众多基础与专业知识,可以为工科专业的机械原理,机械设计、机械电子工程等课程提供结构、传动等知识点的实物案例与模型,为信号〗处理、自动控制、单片机、数据传输等课程提供一个实践、设计的验证平台,使课程知识与实际应用紧密结合,增加趣味性,易于理解,进一步提高学生的学习积极性。
作品名称:地形自适应与仪器自平衡四驱实验车系列
完成单位:中国农业大学