3WDZ-200D型自走遥控式动力喷雾机控制系统设计与试验

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水果品质与果树病虫害防治有着直接的影响关系。我国果树病虫害防治手段主要还是化学防治,果园喷药设备多为人工式或机械式,劳动强度大,农药利用率低,环境污染严重,同时严重危害喷洒者的身体健康。远程遥控式喷雾机作为新型农业机械设备是未来果园喷药植保机械发展的重要趋势之一。因此,研制一款远程遥控式喷雾机对提高果园病虫害防治,促进我国水果产业绿色健康发展具有积极意义。本文以3WDZ-200D型自走遥控式动力喷雾机为平台,以STM32控制器和PIXHAWK飞控为控制核心,对远程遥控式喷雾机控制系统进行了研究,实现了果园喷雾机的远近程手动控制和自动控制。本文主要做了如下工作:(1)探索研究国内外果树喷雾植保机械的发展现状以及趋势,分析3WDZ-200D型自走遥控式动力喷雾机的机械结构与控制原理,确定本文远程遥控式喷雾机控制系统总体设计方案。总体控制方案采用远近程遥控控制和自主移动控制模式。将远程遥控式喷雾机控制系统分为基本控制系统、远程自主作业控制系统和避障系统三部分。(2)基本控制系统设计,首先对基本控制系统的总体设计方案进行了详细阐述,对设计方案中涉及到的硬件进行了介绍,对基本控制系统的硬件电路进行了设计,在此基础上,对软件程序进行了编写,实现通过遥控器控制喷雾机的运动和植保作业相关设备的启停,实现了遥控器控制喷雾机完成果园植保作业的功能。(3)远程自主作业控制系统设计,首先对远程自主作业控制系统的总体设计方案进行了详细阐述,即以PIXHAWK飞控为控制核心,利用4G网络技术,实现可视化遥控器远程控制喷雾机进行果园植保作业,同时可以在PC端的地面站规划作业路径,实现喷雾机自主作业的功能。对设计方案中涉及到的硬件进行了介绍,以及对4G网络图传和数传的实现策略和地面站的通讯协议UDP做了重点阐述,并对监控传统的双自由度云台机械装置进行阐述说明。(4)避障系统设计,首先对避障系统的总体设计方案进行了详细阐述,采用自主避障和被动避障相结合的设计方案,对方案中涉及到的硬件进行了介绍,对程序设计中的数据采集算法、数据处理算法和避障算法进行了详细阐述,最后对程序的总体设计进行了说明。(5)对喷雾机控制系统进行了装机试验,并对试验结果进行了分析,试验表明:远程遥控式喷雾机控制系统的基本控制系统、避障系统和自主导航系统满足设计要求。喷雾机运行正常,控制系统响应灵敏。在基本控制试验中试验完成率为100%,在有树木遮挡的情况下,近距离模式遥控器最佳遥控距离为200 m,在远程控制模式下,喷雾机响应时间在80~150 ms之间,喷雾机响应及时;图传系统相对稳定,延时时间在150~450ms间波动,摄像头云台移动响应时间在80~150 ms之间,云台响应灵敏;避障系统,主被动避障完成率100%,在自主避障下,会出现提前减速的情况;自主导航控制系统,试验完成率100%,完成时间在10.23~13.26 min之间,偏移量在0.63~3.05 m之间,存在偏移量较大的问题。改进措施:遥控器后期采用高频增程天线来改善信号传输,提高遥控距离;避障系统后期继续优化避障算法,来提高系统运行的稳定性;自主导航控制系统,在后期的优化中,加入RTK厘米级定位服务,来提高自主导航的精度和自主作业的效率。
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