无人插秧机智能控制系统研究
发布时间：2021-11-11 19:19
针对现有农村剩余劳动力短缺、人口老龄化严重以及秧苗栽插直线度差等突出问题,本研究以现有国产乘坐式复式高速插秧机为载体,结合自动控制技术与自主导航技术开发出一台集自主导航、自动驾驶和自动作业为一体的智能化无人驾驶复式高效水稻插秧机,主要研究内容如下:进行了无人插秧机控制系统硬件平台改造,控制系统主要包括导航控制系统、行车作业控制系统两部分,其中行车作业控制系统又分为行进系统控制、转向系统控制和作业系统控制。以南通富来威2ZG-6DM型高速插秧机作为试验平台,对导航控制系统中板卡及天线进行选型并搭建导航基准站和移动站,对行车控制部分的关键部件进行电控改造,其中包括:插秧机本体转向控制部分电控改造,油门电控改造,原有作业机械手柄阀体部分电控改造,以及相关控制器、传感器及执行器的选型改装。无人插秧机控制系统关键参数标定试验及软件平台开发。传感器量值标定是提高无人插秧机智能控制系统路径跟踪性能的重要依据,基于无人插秧机智能控制系统硬件平台设计关键参数标定试验,获得表征系统输入量与传感器输出量之间对应关系的标定曲线,利用实测结果验证各传感器及执行部件的准确性与可靠性,保证无人插秧机在水田恶劣环境下...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工插秧Fig1.1Artificialtransplant
江苏大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景我国是人口大国也是世界水稻种植大国，根据《全国种植业结构调整规划（2016-2020年）》[1]，自1991年起，我国的稻谷播种面积逐步稳定在3000万公顷左右，经初步估算到2020年，我国水稻播种面积将稳定在4.5亿亩[2][3]。随着稻谷播种面积越来越大，抢抓栽种农时，加快栽植进度，提升作物质量逐渐成为我国水稻粮食作物生产的重要趋势，但传统栽植方式仍采用人工插秧，广种薄收，不仅需要大量劳动力，且劳动强度随着栽植面积的扩大而不断加大，已不适合现代农业规模化种植，无法保证水稻的按季节适时种植。如图1.1所示为人工插秧方式。目前虽然部分农村地区采用以步进式和乘坐式为主的插秧机进行水稻栽植工作，但一方面受到驾驶员操作水平及主观性影响，易出现重行、漏行、栽插直线度差等问题影响后期植保机械作业时压苗导致水稻减产；另一方面随着农村的劳动力向城市大规模转移，留下的老人、妇女和儿童劳动能力有限，影响了水稻农时抢种。如图1.2与1.3所示为步进式插秧机和乘坐式插秧机。于是提高栽插直线度、提升作业质量、节省劳动力成本，提高作业效率是现代化水稻种植过程中亟待解决的问题，因此人工栽植已无法满足现代农业规模化水稻栽植要求，迫切需要发展具有插秧、施肥、施药为一体的复式高效无人插秧机。图1.1人工插秧图1.2手扶步进式机械插秧机Fig1.1ArtificialtransplantFig1.2Hand-operatedricetransplanter
无人插秧机智能控制系统研究2图1.3乘坐式机械插秧机Fig1.3Highperformancericetransplanter自20世纪80年代起，日本、韩国及欧美等国家相继对水田栽植机械高端技术开展研究，研发出无人驾驶的自动插秧机，现已取得丰富成果。而中国在21世纪才逐渐开展农业工程领域无人驾驶相关研究，由于起步较晚，在发展的过程中不少核心部件及关键技术仍然依赖国外进口，使得国内稻谷类作物栽植规模化程度无法取得长足进步。为了打破发达国家对我国的技术封锁，推动智慧农业科技进步，开展无人插秧机智能控制系统研究是大势所趋。1.1.2研究意义目前中国不少地区的水稻生产仍采用小农化生产，劳动强度大、作业环境恶劣且尚未实现机械化生产，耽误农时抢种导致每年因人工种植而造成的损失约12.15亿元。同时近年来随着城市化的快速发展，农村劳力大量外出务工导致农村的剩余劳动力多为老人、妇女和儿童，无法从事繁重的体力劳动，导致水稻农时抢种所需劳动力与农村剩余劳动力之间的矛盾不断加剧，因此推广水稻机械化种植研究对缓解我国农村劳动力不足、推进城市化进程具有重要意义[4]。对比我国当前市面上不同种类插秧机，乘坐式较步进式优势明显，表现为无需人工在水田泥泞环境中步行且高速作业效率高，但至少需要2-3名机载人员进行上秧和驾驶，增加了机器重量，导致插秧机载秧量受限，作业过程中常出现动力不足的现象，严重影响作业效率，另外驾驶人员的操作水平参差不齐，难以保证秧苗栽植直线度及密度一致，在实际插秧作业过程中，由于水田土壤环境复杂多变、秧箱抖动、机组颠簸滑移、驾驶技术不熟练等原因，往往无法保证行距均匀、直线成行栽插的农艺要求，导致栽插直线度较差，苗行弯弯曲曲，直接影响后期植保作业过程中易出现压苗、伤苗等情况。因此省?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Qt平台的无人插秧机远程监控系统设计[J]. 赵德安,李洋. 软件导刊. 2019(06)
[2]基于国家粮食安全战略的耕地休耕规模问题研究[J]. 王朗,何蒲明,魏君英. 农业经济. 2018(07)
[3]如何利用嵌入式集成开发工具,让其更好地服务于设计?[J]. 本刊编辑部. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(07)
[4]插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法[J]. 李革,王宇,郭刘粉,童俊华,何勇. 农业机械学报. 2018(05)
[5]浅析精准农业及其在我国的应用发展[J]. 凡昌茹. 现代化农业. 2018(02)
[6]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[7]一种有效的非完整移动机器人路径跟踪方法[J]. 林伟,杨晶东. 电子科技. 2017(03)
[8]电气工程及其自动化低压电器中继电器的应用[J]. 鲍镘. 科技创新与应用. 2017(07)
[9]聚焦重点发力 做好种植业结构调整加减法——农业部解读《全国种植业结构调整规划（2016-2020年）》[J]. 李锦华. 农村工作通讯. 2016(10)
[10]基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计[J]. 吴涛,白茹,朱礼尧,钱正洪. 传感技术学报. 2016(04)
博士论文
[1]一类非线性不确定系统的滑模跟踪控制[D]. 王军霞.北京化工大学 2013
硕士论文
[1]水田无人施药机智能控制系统研究[D]. 卢林.江苏大学 2019
[2]基于Android平台的无人插秧机远程监控系统研究与设计[D]. 张勇.江苏大学 2018
[3]智能农机液压转向控制系统[D]. 陈宁.上海工程技术大学 2015
[4]气候变暖背景下黑龙江省水稻种植适宜性区划[D]. 曹萌萌.东北农业大学 2014
[5]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[6]电磁振动式水稻播种机排种速度数值分析与参数优化[D]. 刘港.广西大学 2013
[7]MTi惯性测量单元及其测试平台研究[D]. 乔熠晖.中北大学 2012
[8]基于GPRS/GPS远程遥控水面移动平台系统的设计[D]. 张庭荣.浙江大学 2012
[9]基于FPGA与DSP嵌入式北斗/GPS兼容型接收机设计与试验[D]. 杨树伟.江苏科技大学 2012
[10]基于遗传算法优化RBF神经网络控制器[D]. 杨瑞.哈尔滨理工大学 2011
本文编号：3489381
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工插秧Fig1.1Artificialtransplant
江苏大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景我国是人口大国也是世界水稻种植大国，根据《全国种植业结构调整规划（2016-2020年）》[1]，自1991年起，我国的稻谷播种面积逐步稳定在3000万公顷左右，经初步估算到2020年，我国水稻播种面积将稳定在4.5亿亩[2][3]。随着稻谷播种面积越来越大，抢抓栽种农时，加快栽植进度，提升作物质量逐渐成为我国水稻粮食作物生产的重要趋势，但传统栽植方式仍采用人工插秧，广种薄收，不仅需要大量劳动力，且劳动强度随着栽植面积的扩大而不断加大，已不适合现代农业规模化种植，无法保证水稻的按季节适时种植。如图1.1所示为人工插秧方式。目前虽然部分农村地区采用以步进式和乘坐式为主的插秧机进行水稻栽植工作，但一方面受到驾驶员操作水平及主观性影响，易出现重行、漏行、栽插直线度差等问题影响后期植保机械作业时压苗导致水稻减产；另一方面随着农村的劳动力向城市大规模转移，留下的老人、妇女和儿童劳动能力有限，影响了水稻农时抢种。如图1.2与1.3所示为步进式插秧机和乘坐式插秧机。于是提高栽插直线度、提升作业质量、节省劳动力成本，提高作业效率是现代化水稻种植过程中亟待解决的问题，因此人工栽植已无法满足现代农业规模化水稻栽植要求，迫切需要发展具有插秧、施肥、施药为一体的复式高效无人插秧机。图1.1人工插秧图1.2手扶步进式机械插秧机Fig1.1ArtificialtransplantFig1.2Hand-operatedricetransplanter
无人插秧机智能控制系统研究2图1.3乘坐式机械插秧机Fig1.3Highperformancericetransplanter自20世纪80年代起，日本、韩国及欧美等国家相继对水田栽植机械高端技术开展研究，研发出无人驾驶的自动插秧机，现已取得丰富成果。而中国在21世纪才逐渐开展农业工程领域无人驾驶相关研究，由于起步较晚，在发展的过程中不少核心部件及关键技术仍然依赖国外进口，使得国内稻谷类作物栽植规模化程度无法取得长足进步。为了打破发达国家对我国的技术封锁，推动智慧农业科技进步，开展无人插秧机智能控制系统研究是大势所趋。1.1.2研究意义目前中国不少地区的水稻生产仍采用小农化生产，劳动强度大、作业环境恶劣且尚未实现机械化生产，耽误农时抢种导致每年因人工种植而造成的损失约12.15亿元。同时近年来随着城市化的快速发展，农村劳力大量外出务工导致农村的剩余劳动力多为老人、妇女和儿童，无法从事繁重的体力劳动，导致水稻农时抢种所需劳动力与农村剩余劳动力之间的矛盾不断加剧，因此推广水稻机械化种植研究对缓解我国农村劳动力不足、推进城市化进程具有重要意义[4]。对比我国当前市面上不同种类插秧机，乘坐式较步进式优势明显，表现为无需人工在水田泥泞环境中步行且高速作业效率高，但至少需要2-3名机载人员进行上秧和驾驶，增加了机器重量，导致插秧机载秧量受限，作业过程中常出现动力不足的现象，严重影响作业效率，另外驾驶人员的操作水平参差不齐，难以保证秧苗栽植直线度及密度一致，在实际插秧作业过程中，由于水田土壤环境复杂多变、秧箱抖动、机组颠簸滑移、驾驶技术不熟练等原因，往往无法保证行距均匀、直线成行栽插的农艺要求，导致栽插直线度较差，苗行弯弯曲曲，直接影响后期植保作业过程中易出现压苗、伤苗等情况。因此省?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Qt平台的无人插秧机远程监控系统设计[J]. 赵德安,李洋. 软件导刊. 2019(06)
[2]基于国家粮食安全战略的耕地休耕规模问题研究[J]. 王朗,何蒲明,魏君英. 农业经济. 2018(07)
[3]如何利用嵌入式集成开发工具,让其更好地服务于设计?[J]. 本刊编辑部. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(07)
[4]插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法[J]. 李革,王宇,郭刘粉,童俊华,何勇. 农业机械学报. 2018(05)
[5]浅析精准农业及其在我国的应用发展[J]. 凡昌茹. 现代化农业. 2018(02)
[6]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[7]一种有效的非完整移动机器人路径跟踪方法[J]. 林伟,杨晶东. 电子科技. 2017(03)
[8]电气工程及其自动化低压电器中继电器的应用[J]. 鲍镘. 科技创新与应用. 2017(07)
[9]聚焦重点发力 做好种植业结构调整加减法——农业部解读《全国种植业结构调整规划（2016-2020年）》[J]. 李锦华. 农村工作通讯. 2016(10)
[10]基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计[J]. 吴涛,白茹,朱礼尧,钱正洪. 传感技术学报. 2016(04)
博士论文
[1]一类非线性不确定系统的滑模跟踪控制[D]. 王军霞.北京化工大学 2013
硕士论文
[1]水田无人施药机智能控制系统研究[D]. 卢林.江苏大学 2019
[2]基于Android平台的无人插秧机远程监控系统研究与设计[D]. 张勇.江苏大学 2018
[3]智能农机液压转向控制系统[D]. 陈宁.上海工程技术大学 2015
[4]气候变暖背景下黑龙江省水稻种植适宜性区划[D]. 曹萌萌.东北农业大学 2014
[5]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[6]电磁振动式水稻播种机排种速度数值分析与参数优化[D]. 刘港.广西大学 2013
[7]MTi惯性测量单元及其测试平台研究[D]. 乔熠晖.中北大学 2012
[8]基于GPRS/GPS远程遥控水面移动平台系统的设计[D]. 张庭荣.浙江大学 2012
[9]基于FPGA与DSP嵌入式北斗/GPS兼容型接收机设计与试验[D]. 杨树伟.江苏科技大学 2012
[10]基于遗传算法优化RBF神经网络控制器[D]. 杨瑞.哈尔滨理工大学 2011
本文编号：3489381
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