试析马铃薯联合收获机输送臂防碰控制的研究

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1、中国农业大学博士学位论文马铃薯联合收获机输送臂防碰控制的研究姓名：桑永英申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：张东兴20070501摘要我国是目前世界上马铃薯种植面积最大的国家，2005年达500万hm2，占世界马铃薯面积的25％，亚洲的58％。为满足马铃薯生产和国内外市场的需求，提高收获效率和获得更高的经济效益，国内已经开始研制带有输送臂的马铃薯联合收获机。由于国内开发的联合收获机没有自动控制系统，作业时需要驾驶员不断地手动调整输送臂的高度，以免对薯块造成机械碰撞损伤。这种手动控制的方式很不准确，而且容易造成驾驶员

2、疲劳。针对此问题，本文从收获机机械臂的工作原理、结构特性、马铃薯的力学性质方面入手，综合了有限元分析、机械制造、机械臂智能控制方法、基于ADAMS的输送臂液压系统仿真以及DSP控制技术等相关知识，对输送臂的防碰控制进行了研究，主要研究成果包括：1)根据已研制出的马铃薯联合收获机结构，对输送臂的工作位置和极限位置进行分析和求解，得出输送臂末端水平和竖直极限位置x∈(1850m,2850m)和Y∈(600m，1800m)，大臂旋转角度范围8∈(450，780)，小臂旋转角度范围只∈(530，102。)；并得出两个液压缸的作用力与两

3、个旋转角度的数学关系，为输送臂的控制提供了数据。2)试验了不同下落高度对薯块造成的损伤，并根据损伤稃度将其分为无损伤、现时损伤和轻度损伤三个等级；通过马铃薯薯皮拉伸试验，得到薯皮的弹性模量、破坏强度等力学参数：利用Hypermesh和LS-DYNA有限元软件对薯块碰撞进行分析，得到马铃薯的7种下落高度时的轴向应力分布和变化曲线，其应力大小的变化趋势与碰撞试验得出的结论相符，确定马铃薯合适的下落高度应该控制在20～30cm之间。3)分析了机械臂的运动学方程和动力学方程，利用RBF神经网络实现了输送臂轨迹规划问题，并应用计算机仿真

4、技术进行了验证仿真。仿真结果表明本文所完成的输送臂的轨迹规划算法可行，误差

5、络控制方法仿真得出的结果进行对比，结果表明，RBF方法可以提高控制精确度，系统运行稳定，说明红外测距方法和轨迹算法能达到输送臂运行控制的目的。关键词：输送臂，马铃薯损伤，有限元分析，虚拟样机，运动仿真AbstraetChinaistoponeoftheworldforpotatoproductionbo山inareaandproductivity,reachedto5millionhectaresin2005．thisareaaccountsfor25％oftheworldand58％ofAsian．Tomeetthedome

6、sticandinternationalmarketneeds．toimproveharvestingefficiencyandtoincreaseeconomicalbenefit，combinehlll'vcstdrswithelevatorhavebeenstudiedandmanufacturedinChinainrCCClltyears．Butthedomesticilladeharvestershavenocontrolsystemolltheelevator．During丘eldoperation,thedriv

7、erhadtocontinuouslyrotatethebuttotatoadjusttheheightoffileelevatormanuallytoreducetuberbruisingdamage．ThiscontrolwayWaSnotaccurateandeasytonlakcthedriverfeelstired．Aimingatsolvingthisproblem,acknowledgeoffiniteelementmethod，mechanicalmanufacture，intelligentcontrolme

8、tho,I,simulationofhydraulicsystemoftheelevatorbasedOnADAMSandDSPcontrolⅥ，e∞adoptedaccordingtotheelevator’wolkingprinciple，constructcharact