【摘 要】
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我国板栗机械化生产研究起步较晚,但随着近年的发展和推广,其规模与机械化程度正在不断提高。板栗机械化产业中,收获是耗费人力、物力最多的一个环节。我国板栗收获以人工手持简易装置捡拾为主,其效率低、安全性差。国外板栗收获以手持式装置和特殊材料滚动捡拾装置为主,其中手持式装置夹拾效率低、危险系数高、劳动强度大,无法实现短时间内收集板栗的需求;特殊材料装置滚动捡拾虽劳动强度小,但只适用于平坦地形种植的板栗。
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我国板栗机械化生产研究起步较晚,但随着近年的发展和推广,其规模与机械化程度正在不断提高。板栗机械化产业中,收获是耗费人力、物力最多的一个环节。我国板栗收获以人工手持简易装置捡拾为主,其效率低、安全性差。国外板栗收获以手持式装置和特殊材料滚动捡拾装置为主,其中手持式装置夹拾效率低、危险系数高、劳动强度大,无法实现短时间内收集板栗的需求;特殊材料装置滚动捡拾虽劳动强度小,但只适用于平坦地形种植的板栗。相较于国外板栗种植,国内板栗种植环境多为丘陵山地,大型机械无法在板栗种植园中自由移动,小型智能化装置无法实现较高板栗收集需求,导致国内板栗收获装备发展缓慢。针对以上问题,本论文基于Arduino平台和超声波传感器设计并实现一种随动式板栗收集车装置。该装置可以跟随安装有超声波发射模块的板栗收获装置自由移动;并能在收获装置工作时实现板栗收集;同时,能在板栗种植园内适应一定地形,随动稳定性良好,具备较高安全性。其针对不同板栗收获装置收集率为76.92%～100.00%,在保证板栗收集率的同时降低了板栗收集人员的劳动强度,为促进板栗收获装备机械化、智能化提供一定参考。本文主要研究内容包括:（1）移动底盘设计与仿真。根据板栗种植园内地形环境确定移动底盘设计方案;对其进行结构设计及行驶功率计算,得出能够驱动移动底盘运动的电机参数并对移动底盘电机进行选型;对承载板栗收集装置的移动底盘底部钢板进行有限元仿真,验证其稳定性;最终完成移动底盘样机搭建。（2）板栗收集装置设计与仿真。结合板栗自身受收获装置拍打掉落的运动特性及实际收集需求,提出板栗收集装置设计要求,确定板栗收集装置设计方案并完成结构设计;在此基础上,完成收集装置结构稳定性和收集布材料可靠性有限元仿真;最后将板栗收集装置与移动底盘进行装配,完成板栗收集车样机搭建。（3）随动系统设计与实现。依托超声波随动系统、移动底盘和板栗收集装置,搭建随动式板栗收集车样机;完成随动式板栗收集车控制系统设计;对系统中各模块及样机跟随原理进行详细介绍和分析;并完成跟随验证试验。试验结果表明:本文搭建的超声波随动系统能够满足随动式板栗收集车跟随安装有超声波发射器的板栗收获装置进行板栗收集的工作需求。（4）试验与优化。针对随动系统在室内环境中进行随动系统鲁棒性单因素、多因素试验;针对板栗收集装置在板栗种植园内进行随动式板栗收集车田间试验。试验结果表明:随动式板栗收集车设计方案能够满足板栗收集需求;板栗收集车偏航角和横向位移误差在允许范围内;收集车在进行跟随工作时,最佳跟随距离为500.00mm;接收传感器间距为190.50 mm;收集车速度为600.00 mm/s;板栗收集装置对于收集手持式多功能坚果收获机、板栗收获拍打式落果装置及曳引摇振式板栗落果装置拍打、摇振掉落的板栗均满足实际收集需求,平均收集率分别为90.28%、81.62%和89.72%。
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