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果园单轨运输机在轨状态感知系统研制

农业工程学报 2020年第15期36卷 56-64页

作者：吕石磊魏志威吴奔雷李震洪添胜华南农业大学电子工程学院广州510642 国家柑橘产业技术体系机械化研究室广州510642 广东省农情信息监测工程技术研究中心广州510642 华南农业大学工程学院广州510642

针对山地果园单轨运输机作业环境受限、定位精度较低等问题,该研究基于高频RFID(RadioFrequency Identification)混合测速定位方法,设计了一套果园单轨运输机在轨状态精准感知系统。感知系统以STM32F103RCT6芯片为主控单元,利用双RFID... 详细信息

针对山地果园单轨运输机作业环境受限、定位精度较低等问题,该研究基于高频RFID(RadioFrequency Identification)混合测速定位方法,设计了一套果园单轨运输机在轨状态精准感知系统。感知系统以STM32F103RCT6芯片为主控单元,利用双RFID阅读器读取基准定位标签组的时间差,使用混合测速定位方法,实时计算运输机的作业状态信息;设计了移动端监测软件,通过LoRa通信模块远程获取运输机实时作业状态信息。试验结果表明,运输机在平地路况中运行稳定,感知系统计算的全程平均行驶速度为0.49 m/s,依据秒表记录计算的全程平均行驶速度为0.48 m/s,二者速度相差2%;基准定位标签组间距为3.42m时,运输机全程平均定位误差为6.18±0.60cm;基准定位标签组间距为6.84 m时,运输机全程平均定位误差为6.46±1.14 cm。该研究验证了基于高频RFID精准感知单轨运输机在轨状态的可行性,提升了运输机作业安全性和智能性,可为实现果园生产精准作业提供可靠数据支持。

关键词：农业机械自动化果园单轨运输机 RFID 混合测速定位感知系统

基于超高频RFID双天线双标签对照的果园单轨运输机定位

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农业工程学报 2018年第4期34卷 71-79页

作者：吕石磊梁尹聪李震王建华王卫星华南农业大学电子工程学院广州510642 广东省农情信息监测工程技术研究中心广州510642 华南农业大学工程学院广州510642 国家柑橘产业技术体系机械化研究室广州510642

针对果园单轨运输机在轨位置精准感知的应用需求,该文基于超高频射频识别技术(radio frequency identification,RFID)接收信号强度数据进行了运输机定位试验研究。该研究通过分析RFID通信特征,设计了RFID双天线双标签对照的运输机定位方... 详细信息

针对果园单轨运输机在轨位置精准感知的应用需求,该文基于超高频射频识别技术(radio frequency identification,RFID)接收信号强度数据进行了运输机定位试验研究。该研究通过分析RFID通信特征,设计了RFID双天线双标签对照的运输机定位方法,构建了能量传输定位模型和路径损耗定位模型;通过阅读器单天线试验,得到当前RFID设备的安装参数,确定了阅读器天线与轨道标签之间的最优垂直距离为20 cm,双标签之间的最优水平在轨距离为45 cm;通过双天线试验及数据分析,得到适用于试验环境的最优定位模型系数。试验结果表明,该研究提出的定位模型能够有效降低噪声干扰,减少定位误差。RFID设备在最优定位参数条件下,使用路径损耗定位模型得到的最小定位误差均值为1.0070 cm。该研究验证了基于超高频RFID对果园单轨运输机定位的可行性,提升了运输机运行安全性和可靠性。

关键词：农业机械运输果园单轨运输机 RFID RSSI 定位

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山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计

农业工程学报 2017年第19期33卷 34-40页

作者：刘岳李震洪添胜吕石磊宋淑然黄双萍华南农业大学电子工程学院广州510642 国家柑橘产业技术体系机械研究室广州510642 广东省农情信息监测工程技术研究中心广州510642 广州市农情信息获取与应用重点实验室广州510642 华南农业大学工程学院广州510642

为解决将传统的蜗轮蜗杆传动机构应用于山地果园蓄电池驱动单轨运输机所带来的机械效率低的问题,该文设计了一种基于蜗轮蜗杆的双路传动链传动系统,该系统采用电动机为动力源,通过蜗轮蜗杆传动链和链条传动链两路并联传动链传递动力;两... 详细信息

为解决将传统的蜗轮蜗杆传动机构应用于山地果园蓄电池驱动单轨运输机所带来的机械效率低的问题,该文设计了一种基于蜗轮蜗杆的双路传动链传动系统,该系统采用电动机为动力源,通过蜗轮蜗杆传动链和链条传动链两路并联传动链传递动力;两路传动链之间相互独立,根据运输机的运动状态,运用STM32内嵌控制程序对电磁离合器状态进行切换。文中分析了该系统的传动原理、关键零部件设计及机械传动效率,设计输出转速为44~131.18 r/min。采用尤奈特MY1020ZXF-75048 V电机作为动力源,4个12V40AH天能蓄电池串联作为能源,由NMRV040减速器(海格尔控股有限公司)、超越离合器与各型链轮组成双路并联传动链,并运用功率流分析法得出该系统平地与上坡运行状态下输出扭矩为44.352 N·m、输出转速为86.318 r/min、输出功率为609.31 W;下坡与反向运行状态下输出扭矩为105.760 N?m、输出转速为28.953 r/min,输出功率为487.342 W。结果表明,该系统结合了链传动的高效性与蜗轮蜗杆传动的自锁优势,在平地与上坡运行中理论机械效率为81.2%,下坡与反向运行中理论机械效率为60.5%。该研究可为山地果园蓄电池驱动单轨运输机提升机械效率提供参考。

关键词：农业机械果园运输山地区域单轨运输机传动系统机械效率设计

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山地果园电动单轨运输机控制装置的设计

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2016年第3期44卷 227-234页

作者：罗瑜清洪添胜李震曾镜源孙同彪李加念华南理工大学广州学院电气工程学院广东广州510800 南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广东广州510642 国家柑橘产业技术体系机械研究室广东广州510642 昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500

【目的】研制一种山地果园电动单轨运输机的控制装置,以提高单轨运输机的智能性和安全性,实现其自动控制。【方法】基于单片机、直流电动机、无线通信模块等设计蓄电池驱动的山地果园单轨运输机的控制装置,通过模拟山地果园地形,分别对... 详细信息

【目的】研制一种山地果园电动单轨运输机的控制装置,以提高单轨运输机的智能性和安全性,实现其自动控制。【方法】基于单片机、直流电动机、无线通信模块等设计蓄电池驱动的山地果园单轨运输机的控制装置,通过模拟山地果园地形,分别对控制装置的行驶速度调节、制动性能及系统功耗进行测试。【结果】电动山地果园单轨运输机的控制装置由单片机、供电单元、直流电动机、直流电动机驱动模块、制动模块、行驶速度调节模块、无线通信模块、手动控制按键及限位停车模块组成。模拟测试结果表明：单轨运输机的行驶速度可实现0.1～0.6m/s内的加减速调节控制;单轨运输机的行驶速度随着装载质量的增加而逐渐变小;当单轨运输机在39°坡下坡行驶时,通过测速电路控制电磁式失电制动器,能有效解决单轨运输机行驶速度超出安全速度的问题。经连续1个月的实际测试,限位停车控制模块能够实现单轨运输机的及时停车,其可靠性达100%,手动按键及无线遥控均能实现单轨运输机的有效控制,无线遥控最大可靠距离为450m,控制装置响应时间约为2s。【结论】所设计的控制装置运行稳定可靠,能满足单轨运输机智能性、安全性和自制性的预期设计要求。

关键词：山地果园单轨运输机控制装置速度控制

山地果园单轨运输机超声波避障系统的设计与试验

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农业工程学报 2015年第S2期31卷 69-74页

作者：贾闯李加念洪添胜李震揭钊越周松斌昆明理工大学现代农业工程学院昆明650500 国家柑橘产业技术体系机械研究室广州510642 华南农业大学工程学院广州510642 广东省自动化研究所广州510642

为避免山地果园单轨运输机运行时碰到前方穿越的移动物体或轨道上的静止障碍物,提高运输机工作的安全性和稳定性,研制了山地果园单轨运输机超声波避障系统。该系统由核心微处理器、超声波探头及收发电路、电源模块、无线通信模块和按键... 详细信息

为避免山地果园单轨运输机运行时碰到前方穿越的移动物体或轨道上的静止障碍物,提高运输机工作的安全性和稳定性,研制了山地果园单轨运输机超声波避障系统。该系统由核心微处理器、超声波探头及收发电路、电源模块、无线通信模块和按键等组成。以规则物块、不规则小石块等作为轨道上的障碍物,以树枝、侧枝较多的盆栽柑橘树作为轨道旁的非障碍物,将超声波探头安装在3个不同位置,使运输机工作在慢、中、快3个不同的速度,测试了避障系统的工作性能。试验结果表明,在一定条件下,避障系统能识别轨道上的障碍物和轨道旁的非障碍物。该研究提升了单轨运输机在轨道上无人驾驶运行的安全性和可靠性。

关键词：机械化设计识别单轨运输机山地果园超声波避障系统

山地果园电驱动单轨运输机的速度控制装置研究

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中国农机化学报 2019年第12期40卷 113-117页

作者：张常寿李震李波陈金德孙同彪洪添胜广东振声智能装备有限公司广东梅州540000 南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州市510642 国家柑橘产业技术体系机械化研究室广州市510642 华南农业大学广州市510642

为提高山地果园电驱动单轨运输机的安全性,实现对运输机行驶速度的有效控制,设计运输机的速度控制装置。该装置加入蜗轮蜗杆传动机构,通过电磁失电式制动器制动阻力的作用,增强蜗轮蜗杆机构的自锁性控制运输机在较大坡度运行的速度,并... 详细信息

为提高山地果园电驱动单轨运输机的安全性,实现对运输机行驶速度的有效控制,设计运输机的速度控制装置。该装置加入蜗轮蜗杆传动机构,通过电磁失电式制动器制动阻力的作用,增强蜗轮蜗杆机构的自锁性控制运输机在较大坡度运行的速度,并使所需制动力矩较原来降低62.96%。为分析该装置的性能,选取三个水平对运输机进行39°下坡速度的试验,并对其制动性能进行上、下坡试验。结果表明:该装置可以有效控制运输机下坡的速度,使下坡速度取决于电机的输出转速,并且可实现运输机负载400 kg时在39°坡度上、下坡时的安全制动。

关键词：单轨运输机电驱动速度控制山地果园

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山地果园蓄电池驱动单轨运输机的设计

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2016年第6期44卷 221-227,234页

作者：李震洪添胜孙同彪欧阳玉平罗瑜清华南农业大学电子工程学院广东广州510642 国家柑橘产业技术体系机械研究室广东广州510642 广东省农情信息监测工程技术研究中心广东广州510642 华南农业大学工程学院广东广州510642

【目的】设计和制作山地果园蓄电池驱动单轨运输机,以降低山地果园运输作业的工作风险和劳动强度,提高运输效率。【方法】对由运输机和货运拖车组成的运输机构进行爬坡受力分析,获得满足运输机构爬坡要求的最小牵引力;设计和制作了运输... 详细信息

【目的】设计和制作山地果园蓄电池驱动单轨运输机,以降低山地果园运输作业的工作风险和劳动强度,提高运输效率。【方法】对由运输机和货运拖车组成的运输机构进行爬坡受力分析,获得满足运输机构爬坡要求的最小牵引力;设计和制作了运输机驱动机构、传动装置、限位装置等关键部件,并对直流无刷电动机、电动机控制器、电磁制动装置、蓄电池进行选型,设计制作以蓄电池为动力、使用无刷直流电动机驱动的山地果园单轨运输机。最后通过行驶速度、工作噪声、电流损耗和蓄电池组续航能力试验,对运输机的工作效果进行检验。【结果】所设计制作的山地果园蓄电池驱动单轨运输机可以搭载0~100kg负载,在平地的行驶速度为0.60~0.58m/s,行驶速度受装载质量影响较小;爬39°斜坡时的速度为0.45~0.28m/s,行驶速度受装载质量影响较大;运输机工作时的最大噪声为83.87dB。选用的蓄电池组在满充条件下,可支持运输机搭载100kg负载爬坡行驶2 700m。【结论】设计制作的运输机的各项技术指标均达到了设计要求,进一步的改进中将通过引入变档机构实现变速比可调,解决满载爬坡时蓄电池输出电流过大的问题。

关键词：山地果园单轨运输机蓄电池驱动农业机械

基于深度相机的山地果园单轨运输机避障系统研究

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基于深度相机的山地果园单轨运输机避障系统研究

作者：颜少华华南农业大学

学位级别：硕士

近年来,我国柑橘产业发展迅速,柑橘是我国生产地最广、产量最大的水果。但柑橘生产地主要集中在南方山地丘陵地区,坡度大,地形复杂。为了解放生产力,提高机械自动化生产,山地果园机械运输技术取得了较好的发展。其中单轨运输机因其节能... 详细信息

近年来,我国柑橘产业发展迅速,柑橘是我国生产地最广、产量最大的水果。但柑橘生产地主要集中在南方山地丘陵地区,坡度大,地形复杂。为了解放生产力,提高机械自动化生产,山地果园机械运输技术取得了较好的发展。其中单轨运输机因其节能环保、方便搬运、经济性好等特点,在山地果园中被广泛应用。但运输机在实际应用中,经常受到环境中障碍物的影响,如果不能及时避开这些障碍物的话,会对安全运输造成影响,降低运输效率。为了解决运输机的自主避障问题,本课题基于深度相机研发了一套单轨运输机避障系统,旨在提高运输机工作的安全性与稳定性,提高运输机自主性以及运输效率。本设计基于时间渡越法(TOF,time of the flight)技术的深度相机设计了山地果园单轨运输机避障系统。阐述了深度相机的测量原理,分析了深度相机的设计限制以及在测量过程中产生的误差,对深度摄像头通过张氏标定法进行了矫正,对深度误差建立了线性查找表进行补偿;分析了几种滤波算法并对深度图像进行滤波处理,基于运输机的通行通道对划分了深度图像的图像感兴趣区间,基于阈值分割法进行了图像分割,提取了障碍物像素点信息,基于图像差帧法设计了目标检测算法,分析了避障算法原理并通过模糊控制思想对人工势场法进行了改进,在MATLAB上进行了仿真实验,证明算法的可行性。最后基于ARM构架的树莓派微处理器设计了避障系统的硬件部分;综合软硬件联合调试之后进行了实地测试,分析了避障系统对于各类型障碍物的运行效果,实地验证了避障系统的可靠性及稳定性,为农户进行轨道清理建立了指导标准。主要的成果:(1)研制了一款深度相机避障系统,实现运输机自主避障。避障系统在运行过程中,对于运输机有效行驶空间内的人、堆积于轨道的货物、肥料等进行识别、避障,在距离障碍物120CM左右进行安全制动;对于树木侧枝,轨道附近小石块不作出避障决策。(2)对于轨道内的多种类型障碍物进行了避障试验,测试了避障系统对于不同类型、不同大小、不同叶面积指数的侧枝进行避障的可靠性以及灵敏性。其可靠性主要由是否准确识别障碍物类型反应,灵敏性由制动后障碍物到运输机距离反应。

关键词：避障系统单轨运输机 TOF深度相机山地果园

基于高频RFID的果园单轨运输机在轨状态感知系统

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基于高频RFID的果园单轨运输机在轨状态感知系统

作者：吴奔雷华南农业大学

学位级别：硕士

我国南方果园多分布在丘陵山地中,农资物料和果品运输以人力为主,生产效率低、劳动强度大。在山地果园生产过程中,通过机械化运输提高生产效率、降低劳动强度所带来的经济效益日趋显著。山地果园单轨运输机具有安装结构简单、轨道铺设... 详细信息

我国南方果园多分布在丘陵山地中,农资物料和果品运输以人力为主,生产效率低、劳动强度大。在山地果园生产过程中,通过机械化运输提高生产效率、降低劳动强度所带来的经济效益日趋显著。山地果园单轨运输机具有安装结构简单、轨道铺设灵活、转弯半径小等特点,操作人员可利用遥控技术远程控制运输机作业。但是,山地果园作业环境复杂多变,受果园树木及障碍物等遮挡影响,操作人员无法保证全程实时准确获取单轨运输机作业信息。因此,精准感知运输机在轨作业状态是提高山地果园运送装备安全性和智能性的关键。同时,实时准确获取运输机的全程作业信息是实现轨道多机同步作业的必要前提,也是实现农业物联网的技术基础。本文针对山地果园单轨运输机作业环境受限、应用成本受限、定位精度要求较高等问题,以单轨运输机为研究对象,将电磁波定位方法与测速定位方法相结合,提出了基于高频RFID的混合测速定位方法,设计了运输机在轨状态精准感知系统。感知系统以STM32F103RCT6芯片为主控单元,结合基准定位标签组在轨位置数据,利用双高频RFID阅读器读取标签组时间差,使用混合测速定位方法,实时计算运输机的在轨位置、行驶速度、轨道路况等作业状态信息;设计了Android移动端监测软件,能够通过Lo Ra通信模块实时远程获取单轨运输机的在轨作业状态信息,为实现精准作业提供了可靠的数据支持。本文基于单轨运输机测试平台分别进行了运输机在轨速度与轨道路况试验、运输机在轨位置感知试验、基于不同标签组间距的运输机在轨位置感知试验、感知系统无线通信试验,综合验证了基于高频RFID精准感知单轨运输机在轨状态的可行性。试验结果表明,运输机在不同轨道路况的行驶速度存在较大波动,在平地路况的平均行驶速度为0.49 m/s;当基准定位标签组间距为3.42 m时,感知系统可获取最优定位精度,即运输机全程平均定位误差为6.18±0.60 cm;当基准定位标签组间距为6.84 m时,运输机全程平均定位误差为6.46±1.14 cm,相对于标签组间距的平均定位误差率约为0.94%;感知系统的最大可靠通信距离为350 m,丢包率小于4.33%。因此,基于双高频RFID阅读器读取基准定位标签组的测速定位方法能够结合标签组在轨位置和轨道路况,通过计算运输机经过标签组的行驶速度来实时感知运输机的在轨状态信息,进而在定点定位的基础上提高了运输机的在轨位置感知精度。

关键词：山地果园单轨运输机状态感知 RFID 测速定位