全自動(dòng)智能插秧機(jī)的設(shè)計(jì)

全自動(dòng)智能插秧機(jī)的設(shè)計(jì)摘要：水稻是我國大部分地區(qū)都種植的一種主要農(nóng)作物，也是我國主要糧食的來源之一。但因受各種觀念和技術(shù)等多方面因素的影響，我國很大一部分地區(qū)的水稻種植仍是以人工播種為主，尤其是地形狹小、地勢高低不平的的地區(qū)，水稻機(jī)械化種植的普及率不高，這也導(dǎo)致我國水稻生產(chǎn)效率相對較低，并對農(nóng)業(yè)行業(yè)及市場的發(fā)展造成限制。本文針對水稻種植機(jī)械化的發(fā)展問題，在簡要分析水稻種植機(jī)械化發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，并且闡述全自動(dòng)智能插秧機(jī)在這種問題下的解決方法。關(guān)鍵詞：水稻種植機(jī)械化小型1.研究背景在美國、日本、德國這些國家他們的國家人口基數(shù)較小，人口的數(shù)量較少，所以導(dǎo)致勞動(dòng)費(fèi)用高，人工種植的方法顯然是不可取。而且由于文化傳統(tǒng)和地域的不同，一些國家受地理因素影響，適合種植水稻的土地相對分散，不能大規(guī)模的用機(jī)械進(jìn)行操作，所以他們國家的關(guān)于水稻種植方面的小型設(shè)備也是較少。但是每個(gè)國家對水稻的需求量都很高，所以一個(gè)自動(dòng)化機(jī)械化水平高的全自動(dòng)智能插秧機(jī)更會(huì)有很大的市場可以推廣。如今政府對于水稻種植設(shè)備方面的市場發(fā)展情況，設(shè)備技術(shù)水平，市場供需情況以及未來幾年影響市場走向的因素來看，以現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。在當(dāng)今科技水平飛速發(fā)展的大背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平也有了質(zhì)的飛躍。就我國所處的地理環(huán)境而言，水稻是我國的主要農(nóng)作物，早期種植水稻主要依靠人力資源，費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且效率低，隨著近幾年農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及，種植水稻的方式有所改善，但仍存在較多問題。水稻播種機(jī)受限于我國錯(cuò)綜復(fù)雜的地形，在推廣和普及等方面還不如人意，種植生產(chǎn)效率仍然較低。此外，隨著我國城市化的發(fā)展，鄉(xiāng)村大部分勞動(dòng)力流向城市，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力出現(xiàn)缺口，急需高水平的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械來補(bǔ)足。以此提高水稻生產(chǎn)效率并促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展?？傮w來說，國內(nèi)市場對水稻種植這方面的很不完善。隨著我國科技水平的不斷提高，我國農(nóng)業(yè)工業(yè)的改革和發(fā)展不斷進(jìn)行，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展逐漸受到重視。水稻是我國大部分地區(qū)種植的主要糧食作物之一，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，水稻種植方法逐漸向機(jī)械化發(fā)展。但是，從推廣和發(fā)展機(jī)械化水稻種植的角度來看，在我國某些地區(qū)，仍然通過人工播種進(jìn)行種植。故機(jī)械化水稻種植仍然存在問題。工作在種植水稻的水田比種小麥的旱地困難多，體力消耗更高，高溫高濕的條件使人更辛苦。隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，農(nóng)村人口向城市的流動(dòng)，農(nóng)村勞動(dòng)力降低，導(dǎo)致農(nóng)村水稻種植迫切需要機(jī)械化種植方式予以支持。導(dǎo)致我國水稻生產(chǎn)效率相對較低，對農(nóng)業(yè)行業(yè)及市場的發(fā)展造成限制?；谝陨显?，本文設(shè)計(jì)了一款全自動(dòng)智能插秧機(jī)，能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高插秧效率。2研究內(nèi)容設(shè)計(jì)方案本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)插秧機(jī)適用于各種地形的水稻種植，主體框架由槽鋁和鋁板組成?？刂颇K由Arduino、42步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)模塊由蝸輪蝸桿、齒輪、履帶組成。全自動(dòng)插秧機(jī)分為中央控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、種植模塊、自動(dòng)送苗模塊、偏心輪遙感模塊。插秧機(jī)輪子上裝有直角槽鋁，從而使機(jī)器在水稻地里更容易前進(jìn)在種植過程中不需要人為控制，可以根據(jù)規(guī)劃好的路線自動(dòng)前進(jìn)插秧。為保證秧苗成活率，插秧機(jī)設(shè)置了橡膠夾口，減小對秧苗的損傷。自動(dòng)插秧機(jī)總體參數(shù)如下：主體長寬高：100X55X60(cm)配置動(dòng)力：80rpm/min550蝸輪蝸桿減速電機(jī)適應(yīng)松土深度：0-10cm（可調(diào)）種植寬度：20cm（可調(diào)）作業(yè)行數(shù)：1行（可多行）作業(yè)效率：每小時(shí)2畝傷苗率：＜1%總體設(shè)計(jì)圖如下：工作過程分析全自動(dòng)插秧機(jī)在工作時(shí)該機(jī)器在傳送裝置的傳送下，使水稻苗快速穩(wěn)定的輸送到指定位置。因?yàn)閭魉蛶У奶厥庑?，從而使水稻秧苗能夠均勻的運(yùn)輸。當(dāng)水稻苗到達(dá)指定位置的時(shí)候，車體開始前進(jìn)，同時(shí)插苗裝置在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下，快速而精準(zhǔn)的使插苗裝置下落。當(dāng)插苗裝置下落的一定距離，也就是根據(jù)秧苗的大小插入泥土中合適的深度然后插苗裝置底部抓手打開，使水稻苗落入已經(jīng)剖開的土地中。待水稻苗完全插入后，插苗裝置上升合適高度時(shí)，底部抓手合并，最終回到初始位置。插秧機(jī)繼續(xù)行駛，由程序控制使水稻株距均勻，深度一致，重復(fù)執(zhí)行插秧動(dòng)作。系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)全自動(dòng)智能插秧機(jī)由中央控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、種植模塊、自動(dòng)送苗模塊、偏心輪遙感模塊組成。驅(qū)動(dòng)模塊：主要由42步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠、舵機(jī)、鋁板、蝸輪蝸桿減速電機(jī)和光軸滑桿組成，通過步進(jìn)電機(jī)帶插苗裝置移動(dòng)，從而完成水稻的種植。種植模塊：由步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)帶動(dòng)種植裝置進(jìn)行工作，并且可以根據(jù)苗的大小來控制開口的大小自動(dòng)送苗模塊：主要由不完全齒輪和同步帶傳動(dòng)裝置組成,實(shí)現(xiàn)同步帶的間歇式運(yùn)動(dòng)配合插秧裝置的擺動(dòng)，為插秧裝置提供秧苗，其中傳動(dòng)模塊采用環(huán)形鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，重量相比較于其他方式，重量輕，一次性攜帶秧苗數(shù)量大。偏心輪遙感模塊：根據(jù)秧苗所需，通過偏心輪與搖桿的配合，實(shí)現(xiàn)固定間距插秧，使插秧量準(zhǔn)確，株距均勻，深度一致，從而使秧苗成活率更高。2.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分由單片機(jī)、多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)板組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)工作?？刂颇K采用Arduino,ArduinoUNOR3是一款基于ATmega328P的微控制器板。有14個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳（其中6個(gè)可用作PWM輸出），6個(gè)模擬輸入，16MHz晶振時(shí)鐘，USB連接，電源插孔，ICSP接頭和復(fù)位按鈕。通過USB數(shù)據(jù)線連接電腦就能供電、程序下載和數(shù)據(jù)通訊。Arduino硬件部分可以獨(dú)立工作，也可以與外部硬件設(shè)備協(xié)同工作，因此，能夠滿足全自動(dòng)智能插秧機(jī)控制需求。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用A4988驅(qū)動(dòng)器，A4988是一款完全的微步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，易于操作。該產(chǎn)品可在全步、半步、1/4步、1/8步及1/16步進(jìn)模式時(shí)操作雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出驅(qū)動(dòng)性能可達(dá)35V及±1A。A4988包括一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在慢或混合衰減模式下工作。在混合衰減模式下，該器件初始設(shè)置為在部分固定停機(jī)時(shí)間內(nèi)快速衰減，然后在余下的停機(jī)時(shí)間慢速衰減?；旌纤p電流控制方案能減少可聽到的電動(dòng)機(jī)噪音、增加步進(jìn)精確度并減少功耗。提供內(nèi)部同步整流控制電路，以改善脈寬調(diào)制(PWM)操作時(shí)的功率消耗。內(nèi)部電路保護(hù)包括：帶滯后的過熱關(guān)機(jī)、欠壓鎖定(UVLO)及交叉電流保護(hù)。因?yàn)锳4988內(nèi)置了譯碼器，可以通過控制器的2個(gè)引腳來控制步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)控制旋轉(zhuǎn)方向，另一個(gè)控制步數(shù)。此外，A4988還配備了一個(gè)調(diào)節(jié)電流輸出、過熱保護(hù)和過流保護(hù)的電位計(jì)。3.總結(jié)本文設(shè)計(jì)了一款全自動(dòng)水稻插秧機(jī)，可根據(jù)土壤的深度自動(dòng)調(diào)控插秧深度，保證水稻在種植過程中秧量準(zhǔn)確，株距均勻，深度一致，從而使秧苗成活率更高優(yōu)化了插秧機(jī)輪子設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水稻的自動(dòng)運(yùn)輸，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。參考文獻(xiàn)：陸敬堯,尹建軍,陳樹人,李晉陽,王桂超.水稻插秧機(jī)電動(dòng)方向盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2022,44(01):259-263.楊柏婷.關(guān)于智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(21):57-58.李懷志.自動(dòng)插秧機(jī)協(xié)同化建模與PLC控制應(yīng)用研究