监控系统农业机械（精选12篇）
监控系统农业机械 篇1
液压传动技术在农业机械上应用越来越广泛, 由于各种原因, 会出现故障, 正确的使用和保养维护是必不可少的。正确使用维护农业机械的液压系统, 能够保证系统安全可靠地运行, 还能使系统处于良好的技术状态, 延长液压系统的使用寿命。
一、液压系统的安装
液压零部件类别繁多, 各有其特点用途和使用要求, 因此要正确安装液压系统。
正确安装油管, 吸油管不得漏气, 必须拧紧各处接头 (10MPa以上的系统每月紧固一次, 10MPa以下的系统每三个月紧固一次) ;一般泵的吸油高度应小于500mm;吸油管道上设置过滤器, 精度为0.1～0.2mm;回油管应插入油面以下, 防止飞溅起泡沫, 混入空气;电磁阀泄漏的回油不应有负压, 应单设回油管;溢流阀回油口不得与油泵入口相接, 否则泵的温度急剧上升;全部管路应二次安装, 一次安装后, 拆下管道, 用20%的硫酸或盐酸进行酸洗, 用10%的苏打水中和, 再用温水清洗, 干燥涂油后二次安装。
二、密封件
液压零部件漏油原因很多, 除密封件质量不好和用户未按规定周期更换外, 还和元件的设计、制造以及装配质量、管道的安装质量等有很大关系。此外, 还和密封件的保管方法有关。
密封不良产生的后果:发生在吸油管道时, 造成吸空产生振动和噪声;发生在高压管道时, 工作压力达不到要求, 推力不足, 降低系统容积效率, 工作速度达不到要求, 控制速度缓慢或失灵, 高压油喷出甚至会引起火灾;漏油会造成浪费, 污染环境。
密封件的使用条件:选择合适的密封材质和液压油, 要考虑工作温度的适应性, 以及对油液的相容性;与密封件相对滑动零件的几何位置精度 (同心度) 高、材质好 (如镀硬铬) 和表面粗糙度较低可延长使用寿命;对于液压泵、马达轴颈使用的油封不仅要求滑动面的粗糙度在Ra0.2μm以下, 而且要求在其表面镀硬铬, 在具体使用时还应按具体情况适当调整油封唇边的径向弹簧力, 使其松紧适度, 而且在安装时还要用一个安装套筒或垫片来保护密封圈, 以免唇边翻卷、扭曲导致弹簧滑出;液压缸筒内表面常用滚压加工的方法, 不仅改善了表面粗糙度, 而且使其表面进行了冷作硬化处理, 有利于延长密封圈的使用寿命。
使用的压力、滑动面的长度对使用寿命也有很大影响, 因此, 要定期检查密封件;要求密封面润滑状态良好, 防止污物侵入。使用达到规定清洁度等级的油液和正确的安装方法, 也是必要的条件。
密封件的保管:将密封件装入聚乙烯塑料袋中并封口, 置阴凉干燥处存放;不准将密封件堆放、吊挂, 以免产生永久变形, 并在规定保管期内使用。
三、防止油液中进入污物
液压油的污染源可归纳为内在的污物、外界侵入的污物和内部产生的污物。
污染对系统的危害有:使节流缝隙、阻尼小孔面积减小甚至堵死, 影响系统工作性能或产生故障;使元件中的运动副磨损加剧, 造成系统效率降低, 元件寿命缩短;使运动密封件的磨损加快, 提前损坏, 密封失效;污物进入滑阀间隙, 可能使滑阀卡住, 导致执行机构动作失控或其他故障;杂质若将吸油过滤器严重堵塞, 导致液压泵吸入不足, 产生气穴现象, 则引起系统振动和噪声;若将高压或回油滤油器堵塞, 将使滤油器失效, 甚至由于滤芯破裂使已附着在滤芯上的污染物进入滤后的系统中, 造成事故;油液中的污物还会使油液变质, 失去原有的性能, 缩短换油周期, 增加成本。
四、防止空气进入系统
系统中的油液可压缩性很小, 但空气的可压缩性很大, 即使系统中含有少量的空气, 它的影响也是很大的。溶解在油液中的空气, 在压力低时会从油中逸出, 产生气泡, 形成空穴现象。到了高压区时, 气泡急剧受到压缩, 使系统产生噪声, 同时会放出大量热量, 引起局部过热, 使液压元件受到损坏。油液中混入空气, 还容易使油液变质, 降低油液的使用寿命。因此必须注意防止空气进入液压系统中。
空气从油箱进入系统的机会较多, 油箱中油量不足, 油泵吸油管浸入油中太短, 容易将空气吸入系统中。因此, 要经常检查油箱中油面的高度, 不足时按要求及时补充新的油液。
液压系统中常有低于大气压的地方, 油泵的吸油腔和吸油管等, 如果系统中的密封元件性能不好, 管接头以及液压元件接合面螺钉拧得不紧, 外界空气就会侵入系统中。因此, 要及时更换失效的密封装置, 管接头以及液压元件接合面螺钉要拧紧。
在防止空气进入系统的同时, 也应当防止水分进入系统, 因为水分混入油中会使油液产生乳化, 降低油的润滑性能, 增加油的酸值, 因而缩短了油液和泵、阀等元件的使用寿命。
五、 防止油温过高
系统中油液的温度应在50℃左右, 最高不应超过60℃。油温升高油液黏度降低后的危害:使油泵的容积效率降低, 工作元件运动速度变慢;使原来调节好的工作元件运动速度发生变化, 影响工作的稳定性和精度;使运动表面润滑油膜变薄, 加剧磨损;使油液氧化加快, 降低油的使用寿命, 油中析出的沥青等沉淀物会堵塞管路, 影响系统正常工作。
液压设备在维护时应注意以下问题:经常注意保持油箱中的正确油位;及时清理油箱、油管上的污物, 以利于散热;油泵的工作压力应尽量调得低些;正确选择油液的黏度;经常保持油液干净, 及时更换油液。
六、液压油的更换
更换的新油必须符合系统规定使用的油牌号, 换油时必须将油箱内的旧油全部放完, 并且冲洗合格, 新油过滤后再注入油箱;新油加入油箱前, 应把流入油箱的主回油管拆开, 用临时油桶接油, 使新油将管道内的旧油“推出” (置换出来) , 在油泵转动时, 操纵油缸的换向阀, 将油缸内的旧油置换出来;加油时, 注意油桶口、油箱口滤油机进出油管的清洁;油箱的油量在系统充满油后应保持在规定油位范围内。
七、液压用油的管理
所有的贮油和加油器具 (油桶、漏斗、抹布等) 要保持干净;油桶周围应保持清洁, 油桶应加盖密封;滤油机不使用时应保持进出油管清洁, 定期或按指示器显示情况更换滤芯, 保证过滤精度 (一般系统为15～25μm, 伺服系统为3～5μm) , 严格管理, 防止被污染。
监控系统农业机械 篇2
铁路信号机械室环境监控系统的应用
随着铁路新型信号设备的不断投入使用,设备对信号机械室内工作环境的要求越来越高.本文介绍了信号机械室环境监控系统的网络结构、系统功能、技术标准,以及与信号微机监测系统的`结合.
作 者：李哲 作者单位：兰州铁路局电务处,730000刊 名：中国科技博览英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW年，卷(期)：2010“”(11)分类号：U284.72关键词：
基于物联网的智慧农业监控系统 篇3
关键词：物联网；智慧农业；监控系统；传感器；采集
中图分类号： S24 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0376-03
当前，我国的农业正由小规模种植的个体方式向集约化、大规模基地种植方式发展[1]，随之而来如灌溉、施肥、虫害等各种问题也逐步凸显出来。因此，如何对大规模、大面积的农业基地实施高效率、信息化、安全化的科学管理，是一个当务之急需要解决的问题。
目前，国内农业基地的环境监控大部分采用传统方式，即通过人工手段进行监控，这大大增加了不必要的劳动力开销，降低了工作效率。物联网利用局部网络与互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理与控制的智能化。本研究在物联网基础上，提出一种智慧农业监测监控系统，通过该系统，用户可以不受空间限制，对大规模农业基地进行环境信息采集，同时又能对其进行可视化的精确调控，从而实现现代农业的集中高效管理。
1 系统总体方案
监控系统由3部分组成，即由ZigBee无线网络、嵌入式操作平台、视频监控模块组成的现场监控子系统，由3G传输网络，以太网形成的无线网络子系统及远程监控管理中心（图1）。现场监控子系统通过ZigBee网络，将传感器等设备采集到的数据传输至位于基地的嵌入式操作平台，同时将控制指令發送给基地中需要控制的设备；现场监控子系统采集相关环境参数后存入数据库，通过无线网络子系统传输至远程监控管理中心，同时，远程监控管理中心结合现场监控子系统传输的相关参数与视频信息，通过无线网络子系统发出相应的调控指令。
2 现场监控子系统
现场监控子系统需要满足实时数据采集、数据存储分析、自动控制、网络连接等功能。
2.1 短距离ZigBee网络设计
作为一种低复杂度、低速率、低成本、低损耗的新兴无线网络技术，ZigBee技术[2]成为一些近距离通信技术应用的首选。从农业基地角度来看，一般所需要传输的数据类型对通信速率要求不高，用ZigBee方式取代传统的布线方式有相当的可行性。考虑到一般农业基地均具有多测点、多设备、控制距离较短的特点，一般采用ZigBee的Mesh组网（网状组网）模式（图2）。Mesh网络由协调节点、路由器和多个终端节点组成，它是一种多跳的网络系统，网络中节点与节点之间可以直接通信，每一次的通信都会由一条或多条路由节点进行中继，最终传输给目的节点。
在基地中，应选取合适的位置放置空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器等。为便于安装与调试，系统采用多合一传感器，以集中测量各种参数，省去多个单一传感器所需的各种配置，使安装更加简易与便捷。该传感器采用标准的Modbus-RTU通讯协议，支持RS232与RS485数字量输出。
传感器将采集到的数据通过ZigBee终端节点传输给路由节点，路由节点将自行选择最优的通信路径传输给协调节点，协调节点汇聚采集到的数据，传输给嵌入式操作平台，这样即使有一些节点出现故障，也不会影响最终的通信。工作人员可以通过观测嵌入式操作平台显示的各组传感器数据，作出合理的判断。同时，协调节点负责接收来自嵌入式操作平台的控制信息，通过路由器节点中继发送给指定的ZigBee终端节点，ZigBee终端节点接收到信息后，通过对与终端节点相连的设备进行控制，完成灌溉、施肥等一系列操作，其工作流程为：首先初始化网络；然后终端节点将对ZigBee网络进行搜索，搜索到相应的网络之后申请加入；加入成功后开始接收协调节点的数据反馈，并判断是接收传感器的数据还是控制设备，从而进行相应的操作（图3）。
2.2 嵌入式操作平台设计
采用ARM-Linux控制器模式[3]。硬件部分选取ARM11系列核作为嵌入式控制器的微处理器，该系列处理器具有处理能力强、性能高、功耗低的特点；软件部分操作系统则采用Linux操作系统，它具有兼容性高、多用户、多任务、界面操作简单、安全性好、支持多种平台等优点。嵌入式系统结构如图4所示，虚线部分为嵌入式系统的软件架构及内置的应用程序。
嵌入式操作平台基于Linux操作系统建立嵌入式WEB服务器，以满足同远程管理中心浏览器的信息交互。为满足视频等大数据量信息的处理，系统引入轻量级SQLite数据库，便于存储与管理信息，采用通用CGI技术完成WEB服务器与数据库的连接。通过网页与数据库之间的连接，可以将用户的查询要求转换成数据库的查询命令，并将查询结果通过网页返回给远程用户；远程用户可以通过浏览器发送控制指令，通过CGI传送给与ZigBee协调节点相连接的串口，ZigBee 协调节点由串口接收信息后，将信息发送给对应的ZigBee终端节点，从而实现对设备的控制。
ARM-Linux控制器对参数的采集与对设备的控制流程为：首先是初始化网络，然后定时采集相关的数据存入SQLite数据库，采集间隔由工作人员决定，最后在WEB上动态的更新数据。一般情况下，系统默认为自动控制模式，系统采用鲁棒性较高的模糊PID算法[4]对基地进行更加人性化的自动控制：结合传感器采集到的相关数据，控制器通过模糊计算推理分析采集到的相关数据；根据分析，发送控制信号到相关设备，实现对作物生长环境的调控，使基地的环境状况达到最适合作物生长的状态。在接收到远程管理中心的控制信号，系统会立刻转入手动模式。嵌入式系统控制流程如图5所示，首先发送ZigBee网络初始化命令；初始化完成后，系统定时采集传感器反馈的数据并同步更新到数据库中，同时，实时反映在WEB页面上；操作人员在观察到实时更新的数据后，判断是否进行手动操作。
nlc202309031502
2.3 视频监控设计
采用高清网络云台摄像头模式，既可以现场调节嵌入式平台来控制摄像头转动，也可以遠程操控，它拥有标准的 H.264 压缩算法，支持D1、CIF等2种分辨率，适合无线网络；支持水平360度全向转动，安装使用方便；适用于不便布线的场合。
摄像头将采集到的视频数据经过内置的编码器编码，经由无线网络子系统传输至管理中心，通过管理中心的解码器解码后播放视频。
3 无线网络子系统
无线网络子系统采用中国联通3G（第3代移动通信技术）网络[5]与以太网无缝连接，实现用户的远程监控。随着3G技术的成熟及网络覆盖区域广，3G网络的高抗干扰能力、高兼容性与高数据传输速率，使得它完全可以满足农业基地监测过程中各种数据的传输需求。
以太网采用专线连接模式，由远程管理中心向网络服务商申请固定的公网IP地址；现场监控子系统接收到相关信息，嵌入式控制平台通过3G-DTU（3G数据单元）将信息通过3G网络发送出去，经过基站与网络服务器设备实现3G网络与以太网的无缝连接；通过网络服务商提供的固定IP传输至远程管理中心，实现现场与远距离管理中心的连接（图6）。反之，管理中心的相关控制信息也可以通过该线路向现场监控子系统发布，现场监控子系统接收到控制信息后，通过一系列信息逆向处理实现最终的远程控制。
4 远程监控管理中心
管理中心由网络接入设备和工作计算机等组成[6]，以完成基地现场环境参数信息的采集、存储和显示，同时实现对基地视频远程手动控制，实现对基地环境参数的远程手动或自动控制。
采用B/S（浏览器/服务器）模式[7]，远程用户通过预先设计的友好人机界面浏览器登入远端ARM-Linux控制器，可以通过获取摄像头的视频图像，直观地观察各个农业基地的动植物生长状况；可以通过相关环境参数的显示，客观分析实时状况；可以根据历史数据进行事后分析与未来预测。根据用户对系统的要求，设计以下几个主要的界面：（1）设置历史报表、报警设置、历史曲线等选项，点击对应的按钮，就会弹出对应的界面，用户可以参照相关的界面显示，作出合理的判断，同时每个界面均具有打印输出的功能；（2）对各基地空气温湿度、氨气浓度、土壤温湿度、光照强度等参数作出实时的显示，同时配置施肥器、通风机、二氧化碳发生器、水泵等虚拟装置，用户只需点击虚拟装置，便可实现对远程装置的开关操作；（3）根据各种传感器检测的环境参数，通过监控管理中心对相关参数正常范围的设置，实现农业基地环境参数的自动控制。系统远程监控5个农业基地的相关参数效果见图7。
5 结论
引入目前比较成熟的3G通信技术，完成智慧农业监控系统整个网络的无缝衔接。本系统目前已经在江苏省沛县现代农业科技示范园投入使用，监控的农业基地覆盖沛县全境。通过研究和应用表明，该系统只须架构1套监控系统，便可以对处在全国各地所有农业生产基地进行实时监控，实现人、设备之间的信息交互，适合于大规模农业基地的生产管控。基于物联网的智慧农业监控系统，具有相当高的稳定性，能够完成农业生产持续可靠的精准监控，在农业领域有很好的应用前景。
参考文献：
[1]刘传玉，郭 强. 论现代农业的发展趋势[J]. 江苏农业科学，2014，42（4）：436-438.
[2]吕 鑫，王 忠. ZigBee无线数据传输模块的设计与实现[J]. 安徽师范大学学报：自然科学版，2010，33（4）：332-335.
[3]尹嘉鹏，徐志祥. 针对少实时任务应用的嵌入式Linux改进[J]. 计算机工程，2013，39（10）：49-52.
[4]杨 智，朱海锋，黄以华. PID控制器设计与参数整定方法综述[J]. 化工自动化及仪表，2005，32（5）：1-7.
[5]王建峰，黄国策，康巧燕. 4G移动通信系统及其与3G系统的比较研究[J]. 西安邮电学院学报，2006，11（5）：13-17， 27.
[6]郭 勇，黄巍巍，王伟朋. 基于以太环网的污水处理系统设计与应用[J]. 仪表技术与传感器，2013（5）：60-61， 69.
[7]王英辉，周凤星. 基于B/S模式的钢企自动化管理系统的设计与应用[J]. 制造业自动化，2013，35（19）：72-75.
农业机械液压系统使用维护 篇4
一、液压系统的安装
液压零部件类别繁多, 各有其特点用途和使用要求, 因此要正确安装液压系统。
正确安装油管, 吸油管不得漏气, 必须拧紧各处接头。一般泵的吸油高度应小于500毫米;吸油管道上设置过滤器, 精度为0.1~0.2毫米;回油管应插入油面以下, 防止飞溅起泡沫, 混入空气;电磁阀泄漏的回油不应有负压, 应单设回油管;溢流阀回油口不得与油泵入口相接, 否则泵的温度急剧上升;全部管路应二次安装, 一次安装后, 拆下管道, 用20%的硫酸或盐酸进行酸洗, 用10%的苏打水中和, 再用温水清洗, 干澡涂油后二次安装。
二、密封件
液压零部件漏油原因很多, 除密封件质量不好和用户未按规定周期更换外, 还和元件的设计、制造以及装配质量、管道的安装质量等有很大关系。此外, 还和密封件的保管方法有关。
密封不良产生的后果:发生在吸油管道时, 造成吸空产生振动和噪声;发生在高压管道时, 工作压力达不到要求, 推力不足, 降低系统容积效率, 工作速度达不到要求, 控制速度缓慢或失灵, 高压油喷出甚至会引起火灾;漏油会造成浪费, 污染环境。
密封件的使用条件:选择合适的密封材质和液压油;要考虑工作温度的适应性, 以及对油液的相容性;与密封件相对滑动零件的几何位置精度 (同心度) 高、材质好 (如镀硬铬) 和表面粗糙度较低可延长使用寿命;对液压泵、马达轴颈使用的油封不仅要求滑动面的粗糙度在Ra0.2微米以下, 而且要求在其表面镀硬铬, 在具体使用时还应按具体情况适当调整油封唇边的径向弹簧力, 使其松紧适度, 而且在安装时还要用一个安装套筒或垫片来保护密封圈, 以免唇边翻卷、扭曲导致弹簧滑出;液压缸筒内表面常用滚压加工的方法, 不仅改善了表面粗糙度, 而且使其表面进行了冷作硬化处理, 有利于延长密封圈的使用寿命。
使用的压力、滑动面的长度对使用寿命也有很大影响, 因此, 要定期检查密封件;要求密封面润滑状态良好, 防止污物侵入。使用达到规定清洁度等级的油液和正确的安装方法, 也是必要的条件。
密封件的保管:将密封件装入聚乙烯塑料袋中并封口, 置阴凉干燥处存放;不准将密封件堆放、吊挂, 以免产生永久变形, 并在规定保管期内使用。
三、防止油液中进入污物
液压油的污染源可归纳为内在的污物、外界侵入的污物和内部产生的污物。
污染对系统的危害有:使节流缝隙、阻尼小孔面积减少甚至堵死, 影响系统工作性能或产生故障;使元件中的运动副磨损加剧, 造成系统效率降低, 元件寿命缩短;使运动密封件的磨损加快, 提前损坏, 密封失效;污物进入滑阀间隙, 可能使滑阀卡住, 导致执行机构动作失控或其他故障;杂质若将吸油过滤器严重堵塞, 导致液压泵吸入不足, 产生气穴现象, 则引起系统振动和噪声;若将高压或回油滤油器堵塞, 将使滤油器失效, 甚至由于滤芯破裂使已附着在滤芯上的污染物进入滤后的系统中, 造成事故;油液中的污物还会使油液变质, 失去原有的性能, 缩短换油周期, 增加成本。
四、防止空气进入系统
系统中的油液可压缩性很小, 但空气的可压缩性很大, 即使系统中含有少量的空气, 它的影响也是很大的。溶解在油液中的空气, 在压力低时会从油中逸出, 产生气泡, 形成空穴现象。到了高压区时, 气泡急剧受到压缩, 使系统产生噪声, 同时会放出大量热量, 引起局部过热, 使液压元件受到损坏。油液中混入空气, 还容易使油液变质, 降低油液的使用寿命。因此必须注意防止空气进入液压系统中。
空气从油箱中进入系统的机会较多, 油箱中油量不足, 油泵吸油管浸入油中太短, 容易将空气吸入系统中。因此, 要经常检查油箱中油面的高度, 不足时按要求及时补充新的油液。
液压系统中常有低于大气压的地方, 油泵的吸油腔和吸油管等, 如果系统中密封元件性能不好, 管接头以及液压元件接合面螺钉拧得不紧, 外界空气就会侵入系统中。因此, 要及时更换失效的密封装置, 管接头以及液压元件接合面螺钉要拧紧。
在防止空气进入系统的同时, 也应当防止水分进入系统, 因为水分混入油中会使油液产生乳化, 降低油的润滑性能, 增加油的酸值, 因而缩短了油液和泵、阀等元件的使用寿命。
五、防止油温过高
系统中油液的温度应在50℃左右, 最高不应超过60℃。油温升高油液黏度降低后的危害:使油泵的容积效率降低, 工作元件运动速度变慢;使原来调节好的工作元件运动速度发生变化, 影响工作的稳定性和精度;使运动表面润滑油膜变薄, 加剧磨损;使油液氧化加快, 降低油的使用寿命, 油中析出的沥青等沉淀物会堵塞管路, 影响系统正常工作。
液压设备在维护时应注意以下问题:经常注意保持油箱中的正确油位;及时清理油箱、油管上的污物, 以利于散热;油泵的工作压加力应尽量调得低些;正确选择油液的黏度;经常保持油液干净, 及时更换油液。
六、液压油的更换
更换的新油必须符合系统规定使用的油牌号, 换油时必须将油箱内的旧油全部放完, 并且冲洗合格, 新油过滤后再注入油箱;新油加入油箱前, 应把流入油箱的主回油管拆开, 用临时油桶接油, 使新油将管道内的旧油“推出” (置换出来) , 在油泵转动时, 操纵油缸的换向阀, 将油缸内的旧油置换出来;加油时, 注意油桶口、油箱口滤油机进出油管的清洁;油箱的油量在系统充满油后应保持在规定油位范围内。
七、液压用油的管理
外文翻译机械手的机械和控制系统 篇5
外文翻译
题
目 姓
名 专
业 指导教师
机械手的机械和控制系统 谢百松
学
号 20051103006
机械设计制造及其自动化 肖新棉
职
称 副教授
中国·武汉 二○○九年 二月
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
机械手的机械和控制系统
文章来源: Dirk Osswald, Heinz Wörn.Department of Computer Science , Institute for Process Control and Robotics(IPR).,Engler-Bunte-Ring 8-Building 40.28.摘要: 最近，全球内带有多指夹子或手的机械人系统已经发展起来了，多种方法应用其上，有拟人化的和非拟人化的。不仅调查了这些系统的机械结构,而且还包括其必要的控制系统。如同人手一样，这些机械人系统可以用它们的手去抓不同的物体，而不用改换夹子。这些机械手具备特殊的运动能力（比如小质量和小惯性），这使被抓物体在机械手的工作范围内做更复杂、更精确的操作变得可能。这些复杂的操作被抓物体绕任意角度和轴旋转。本文概述了这种机械手的一般设计方法，同时给出了此类机械手的一个示例，如卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ。本文末介绍了一些新的构想，如利用液体驱动器为类人型机器人设计一个全新的机械手。关键词：多指机械手；机器人手；精操作；机械系统；控制系统
1.引言
2001年6月在德国卡尔斯鲁厄开展的“人形机器人”特别研究，是为了开发在正常环境（如厨房或客厅）下能够和人类合作和互动的机器人系统。设计这些机器人系统是为了能够在非专业、非工业的条件下（如身处多物之中），帮我们抓取不同尺寸、形状和重量的物体。同时，它们必须 1
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
能够很好的操纵被抓物体。这种极强的灵活性只能通过一个适应性极强的机械人手抓系统来获得，即所谓的多指机械手或机器人手。
上文提到的研究项目，就是要制造一个人形机器人，此机器人将装备这种机器人手系统。这个新手将由两个机构合作制造，它们是卡尔斯鲁厄大学的IPR（过程控制和机器人技术研究院）和c（计算机应用科学研究院）。这两个组织都有制造此种系统的相关经验，但是稍有不同的观点。
IPR制造的卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ（如图1所示），是一个四指相互独立的手爪，我们将在此文中详细介绍。IAI制造的手（如图17所示）是作为残疾人的假肢。
图1.IPR的卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ
图2.IAI开发的流体手 2.机器人手的一般结构
一个机器人手可以分成两大主要子系统：机械系统和控制系统。机械系统又可分为结构设计、驱动系统和传感系统，我们将在第三部分作进一步介绍。在第四部分介绍的控制系统至少由控制硬件和控制软件组成。
我们将对这两大子系统的问题作一番基本介绍，然后用卡尔斯鲁厄灵 2
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
巧手Ⅱ演示一下。
3.机械系统
机械系统将描述这个手看起来如何以及由什么元件组成。它决定结构设计、手指的数量及使用的材料。此外，还确定驱动器（如电动机）、传感器（如位置编码器）的位置。
3.1 结构设计
结构设计将对机械手的灵活度起很大的作用，即它能抓取何种类型的物体以及能对被抓物体进行何种操作。设计一个机器人手的时候，必须确定三个基本要素：手指的数量、手指的关节数量以及手指的尺寸和安置位置。
为了能够在机械手的工作范围内安全的抓取和操作物件，至少需要三根手指。为了能够对被抓物体的操作获得6个自由度（3个平移和3个旋转自由度），每个手指必须具备3个独立的关节。这种方法在第一代卡尔斯鲁厄灵巧手上被采用过。但是，为了能够重抓一个物件而无需将它先释放再拾取的话，至少需要4根手指。
要确定手指的尺寸和安置位置，可以采用两种方法：拟人化和非拟人化。然后将取决与被操作的物体以及选择何种期望的操作类型。拟人化的安置方式很容易从人手到机器人手转移抓取意图。但是每个手指不同的尺寸和不对称的安置位置将增加加工费用，并且是其控制系统变得更加复杂，因为每个手指都必须分别加以控制。对于相同手指的对称布置，常采用非 3
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
拟人化方法。因为只需加工和构建单一的“手指模块”，因此可减少加工费用，同时也可是控制系统简化。
3.2 驱动系统
指关节的驱动器对手的灵活度也有很大的影响，因为它决定潜在的力量、精度及关节运动的速度。机械运动的两个方面需加以考虑：运动来源和运动方向。在这方面，文献里描述了有几种不同的方法，如文献[3]中说可由液压缸或气压缸产生运动，或者，正如大部分情况一样使用电动机。在多数情况下，运动驱动器（如电机）太大而不能直接与相应的指关节结合在一起，因此，这个运动必须由驱动器（一般位于机器臂最后的连接点处）转移过来。有几种不同的方法可实现这种运动方式，如使用键、传动带以及活动轴。使用这种间接驱动指关节的方法，或多或少地降低了整个系统的强度和精度，同时也使控制系统复杂化，因为每根手指的不同关节常常是机械地连在一起，但是在控制系统的软件里却要将它们分别独立控制。由于具有这些缺点，因此小型化的运动驱动器与指关节的直接融合就显得相当必要。
3.3 传感系统
机器手的传感系统可将反馈信息从硬件传给控制软件。对手指或被抓物体建立一个闭环控制是很必要的。在机器手中使用了3种类型的传感器： 1.手爪状态传感器确定指关节和指尖的位置以及手指上的作用力情况。知道了指尖的精确位置将使精确控制变得可能。另外，知道手指作用 4
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
在被抓物体上的力，就可以抓取易碎物件而不会打破它。
2.抓取状态传感器提供手指与被抓物体之间的接触状态信息。这种触觉信息可在抓取过程中及时确定与物体第一次接触的位置点，同时也可避免不正确的抓取，如抓到物体的边缘和尖端。另外还能察觉到已抓物体是否滑落，从而避免物体因跌落而损坏。
3.物体状态或姿态传感器用于确定手指内物体的形状、位置和方向。如果在抓取物体之前并不清楚这些信息的情况下，这种传感器是非常必要的。如果此传感器还能作用于已抓物体上的话，它也能控制物体的姿态（位置和方向），从而监测是否滑落。
根据不同的驱动系统，有关指关节位置的几何信息可以在运动驱动器或直接在关节处出测量。例如，如在电动机和指关节之间有一刚性联轴器，那么就可以用电机轴上的一个角度编码器（在齿轮前或齿轮后）来测量关节的位置。但是如果此联轴器刚度不够或着要获得很高的精度的话，就不能用这种方法。
3.4卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ的机械系统
为了能够获得如重抓等更加复杂的操作，卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ（KDHⅡ）由4根手指组成，且每根手指由3个相互独立的关节组成。设计该手是为了能够在工业环境中应用（图3所示）和操纵箱、缸及螺钉螺帽等物体。因此，我们选用四个相同手指，将它们作对称、非拟人化配置，且每个手指都能旋转90°（图4所示）。
鉴于从第一代卡尔斯鲁厄灵巧手设计中得到的经验，比如因传动带而导 5
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
致的机械问题以及较大摩擦因数导致的控制问题，卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ采用了一些不同的设计决策。每根手指的关节2和关节3之间的直流电机被整合到手指前部肢体中（图5所示）。这种布置可使用很硬的球轴齿轮将运动传递到手指的关节处。处在电机轴上的角度编码器（在齿轮前）此时可作为一个精度很高的位置状态传感器。
图3.工业机器人上的KDHⅡ
图4.KDHⅡ的顶视图
为了感知作用在物体上的手指力量，我们发明了一个六维力扭矩传感器（图6所示）。这个传感器可当作手指末端肢体使用，且配有一个球形指尖。它可以抓取较轻的物体，同时也能抓取3-5kg相近的较重物体。此传感器能测量X、Y和Z方向的力及绕相关轴的力矩。另外，3个共线的激光三角测量传感器被安置在KDHⅡ的手掌上（图5所示）。因为有3个这样的传感器，因此不仅可以测量3单点之间的距离，如果知道物体的形状，还能测出被抓物体表面之间的距离和方向。物体状态传感器的工作频率为1kHz，它能检测和避免物体的滑落。
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
图5.KDHⅡ的侧视图
图6.带应变计量传感器的六自由度扭转传感器
4.控制系统
机器人手的控制系统决定哪些潜在的灵巧技能能够被实际利用，这些技能都是由机械系统所提供的。如前所述，控制系统可分为控制计算机即硬件和控制算法即软件。
控制系统必须满足以下几个的条件：
1.必须要有足够的输入输出端口。例如，一具有9个自由度的低级手，其驱动器至少需要9路模拟输出端口，且要有9路从角度编码器的输入端口。如再加上每个手指上的力传感器、触觉传感器及物体状态传感器的话，则端口数量将增加号几倍。
2.需具备对外部事件快速实时反应的能力。例如，当检测到物体滑落时，能立即采取相应的措施。
3.需具备较高的计算能力以应对一些不同的任务。如可以对多指及物体并行执行路径规划、坐标转换及闭环控制等任务。
4.控制系统的体积要小，以便能够将其直接集成到操作系统当中。
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
5.在控制系统与驱动器及传感器之间必须要电气短接。特别是对传感器来说，若没有的话，很多的干扰信号将会干扰传感器信号。
4.1 控制硬件
为了应对系统的要求，控制硬件一般分布在几个专门的处理器中。如可通过一个简单的微控制器处理很低端的输入输出接口（马达和传感器），因此控制器尺寸很小，能轻易地集成到操纵系统中。但是较高水平的控制端口则需要较高的计算能力，且需要一个灵活实时操作系统的支持。这可以通过PC机轻易地解决。
因此，控制硬件常由一个非均匀的分布式计算机系统组成，它的一端是微控制器，而另一端则是一个功能强大的处理器。不同的计算单元则通过一个通信系统连接起来，比如总线系统。
4.2 控制软件
机器人手的控制软件是相当复杂的。必须对要对手指进行实时及平行控制，同时还要计划手指和物体的新的轨迹。因此，为了减少问题的复杂性，就有必要将此问题分成几个子问题来处理。
另一方面涉及软件的开发。机器人手其实是一个研究项目，它的编程环境如用户界面，编程工具和调试设施都必须十分强大和灵活。这些只能使用一个标准的操作系统才能得到满足。在机械人中普遍使用的分层控制系统方法都经过了修剪，以满足机械手的特殊控制要求。
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
4.3卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ的控制系统
如在4.1节中所说，对于卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ的控制硬件，采用了一种分布式方法（图7所示）。一个微控制器分别控制一个手指的驱动器和传感器，另外一个微控制器用于控制物体状态传感器（激光三角传感器）。这些微控制器（图7左侧和右侧的外箱）直接安装在手上，所以可以保证和驱动器及传感器之间较短的电气连接。这些微控制器都是使用串行总线系统和主控计算机连在一起的。这个主控计算机（图
7、图8中的灰色方块）是由六台工业计算机组成的一个并行计算机。这些电脑都被排列在一个二维平面。相邻电脑模块（一台电脑最多有8个相邻模块）使用双端口RAM进行快速通信（图7中暗灰色方块所示）。一台电脑用于控制一个手指。另一台用于控制物体状态传感器及计算物体之间的位置。其余的电脑被安在前面提到的电脑的周围。这些电脑用于协调整个控制系统。控制软件的结构反映了控制硬件的架构。如图9所示。
图7.KDH II的控制硬件构架
图8.控制KDH II的平行主计算机
一个关于此手控制系统的三个最高层次的网上计划正在规划。理想的
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
物体位移命令可由优越的机器人控制系统得到，并可用作物体路径的精确规划。根据已产生的目标路径就可规划可行的抓取行为（手指作用在物体上的可行抓取位置点）。现在知道了物体的运动计划，就可以由手指路径规划得出每个手指的运动轨迹，并传递给系统的实时能力部分。如果一个物体被抓取了，那么其手指的运动路径就传递给了物体的状态控制器。这个控制器控制物体的姿态，它由手指和物体状态传感器所决定，用以获得所需的物体姿态。如果一个手指没有跟物体接触，那么它的移动路径将会直接传递给手控制器。这个手控制器将相关的预期手指位置传递给所有的手指控制器，以协调所有手指的运动。这些在手指传感器的帮助下又反过来驱动手指驱动器。
图9.KDHⅡ的手部控制系统
5.实验结果
为了验证卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ的能力，我们选择了两个要求操作问题。一个问题是在网上对处于外部影响下的被抓物体姿态（位置和方向）的控制。另一个问题是被抓物体必须能够绕任意角度旋转，这只能通过重抓才能实现。这可以反映卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ对复杂任务的操作能力。
5.1 物体姿态控制
这个物体姿态控制器的目的是为了确定好被抓物体的位置和方向以适
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
合给定的轨迹。此任务必须在实时条件通过在线获得，尽管有内部变化及外部干扰的存在。内部变化比如在物体移动过程中，球形指尖在被抓物体上的滚动。这种状况如图
10、图11所示。这将导致物体的不必要的额外移动和倾斜。这些错误的物体姿势很难预先估计。因此，物体状态传感器的输入必须要修改这些错误。对于卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ来说，其上的三个激光三角传感器就是用来纠正此种错误的。图12定量地说明了图9中物体在没有姿态控制情况下的倾斜情况。下图显示了在X方向上随时间推移的预期轨迹，而上图显示了物体实际的旋转（倾斜）结果情况。因为启用了物体状态控制，图13中的物体倾斜得到了很大的减少。上图物体的旋转保持基本恒定，这和期望的一样。
图10.因滚动产生的额外位移
图12.没有状态控制的物体倾斜
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
图11.因球形指尖在物体上的滚动而产生
图13.物体状态控制下减少的物体
额外的不期望倾斜情况
倾斜情况
物体状态控制器对补偿外界干扰也是十分必要的。比如，机器人（手臂、手或手指）或被抓物体与外界的碰撞可能导致物体的滑落。这更有可能导致被抓物体的损耗，这是不能出现的情况。为了能够避免物体在这种情况下的损失，就必须检测出物体的滑落并迅速采取行动以稳定物体的状态。
为了验证卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ控制系统对这种干扰情况的处理能力，我们做了以下的实验：物件被抓后，将手指的接触力恒定减少直至物体开始滑落。在激光三角传感器检测滑落后，物体状态控制器采取措施将物体重新调控到所期望的位置。图14和图15展示了此种实验的一个例子。尤其是图14，它显示出物体滑落启动的相当突然且相当快。但是物体状态控制器也能够足够快地检测和补偿滑落，这样物体的位置（这里：特别是X方向，就是滑落的方向）和物体的方向能够与最开始的期望值很快地相符。
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
图14.滑落实验：X方向的实际物体
图15.滑落实验：关于Z轴的实际
位置
物体方向
5.2 重抓
虽然卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ非常的灵活，但是它不能在第一次操作中就能得到每一个理想的对象操纵。这源于这样一个事实：手指相对于正常的工业机器人来说是十分小的，因此所具备的工作范围也是很有限的。如果物体被手指抓住，那么它第一次只能在所有手指的剩余空间内被操纵。可行操作的条件是所有的接触点必须长期地处在相联手指的工作范围内。这很大地限制了操作的可行性。为了能够克服此种限制，一个叫做重抓的操作就必须执行。即当一个接触点到达了相联手指的限制区域时，这个手指就必须从物体上脱离，并移到一个新的接触位置。这必须是多于3个手指的手才能使操作可靠。周期性的移动这些手指，就能使任意的操作变得可行。关于此种操作有一个例子，就是在大角度旋转被抓物体时，此时重抓动作很有必要。图16显示了卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ在旋转一个螺帽状物体时的一系列图片。这个物体是绕它的垂直轴旋转的。在a到c图中所有的手指都跟物体接触，并且四个手指相互协调运动才使物体旋转。图d到图f显示了一 13
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
个手指的的重抓动作。在d图中这个手指已经运动到其工作范围的极限位置，这时所有手指的协调运动也被终止。左前方的手指脱离物体并单独移动到另一个接触点。在图f中这个手指重新跟物体接触，另一个手指此时可以重新定位（没有显示）。所有的手指重新定位之后，协调旋转运动继续进行。视具体情况而定，卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ也可以同时进行几个手指的重抓动作。这可以加速重抓过程，但是只能是被抓物体与外界接触的条件下才有可能。比如说螺丝钉上的螺帽或孔里的一挂钩。图17显示了卡尔斯鲁厄灵巧手Ⅱ将一个木柱从一个平方的基座孔内拉出来的一系列图片。图a到图b显示木柱被拉出一半，然后左手指和右手指在同一时刻脱离物体并重新定位（图c到图e）。那之后，前面与后面的手指也重新定位（图f）。那之后，整个木柱被拉出，从而可进行进一步的操作（没有显示）。
图16.利用重抓旋转螺帽状物体
图17.利用重抓从孔中拉出 14
华中农业大学本科毕业设计外文翻译
木柱
6.结论
机械手表的传动系统 篇6
对于机心的主传动链布局是很有讲究的，通常的区分方法是根据与原动系中条盒轮啮合的二轮设置在机心的位置来划分机心的基本传动形式为中心二轮式（二轮在机心中心）和偏二轮式（二轮偏离机心中心）两大类。这两个类型的传动形式还可以根据机心设计的实际需要再细分，而两者具有各自的优势与劣势：就中心二轮式而言，它的优势是机心整体结构紧凑，设计与加工难度相对简单；劣势是机心平面与轴向的空间利用率比较低；对于偏中心二轮式而言，它的优势正好弥补了前者的劣势，机心平面与轴向的空间利用率比较高，对于提高机心的整体性能提供了有利条件，劣势是设计与加工的难度比较高。
机心的布局方式可以通过机心基板的主传动链传动B孔的布置来识别出来，那么我将以ETA2892的机心图为例，为大家做一下这方面的常识普及。原动系统B1的条盒轮将能量传递给B2位置的二轮，而后所对应的B3、B4、B5和B6分别是三轮、四轮、擒纵轮、擒纵叉和摆轮游丝系统。其中的二轮、三轮、四轮与擒纵轮都是通过轮片与齿轴固定为一体而形成的部件，再根据齿轮的顺序轮片与齿轴互相啮合，如条盒轮与二齿轴、二轮片与三齿轴、三轮片与四齿轴、四轮片与擒纵齿轴，最后是位于B4位置的擒纵轮片与位于B5位置的擒纵叉的两个叉瓦（进瓦与出瓦）相互配合在一起，此时擒纵叉的叉头将会与位于摆轮游丝系统的摆轴下方的双圆盘圆盘钉配合，至此一条完整的主传动链条就完成了。设置摆轮游丝系统的B6孔位置镶嵌了防震器组件，它起到了承载摆轮游丝系统中摆轴的防震责任。由于摆轴的轴尖直径仅有0.1毫米左右，相当于一根成人的头发一样粗细，同时摆轴所承载的摆轮具有一定的重量和惯量，如果没有一定的保护措施，一旦手表受到外在的剧烈震动，摆轮轴尖必然会被震断或震歪，这将直接导致手表不能正常计时或者更严重的是停表，基于上述原因设置防震装置是必须的。
了解过了机心基板传动B孔的常识后，我们再来认识中心二轮式和偏中心二轮式机心的二轮、三轮、四轮与擒纵轮的特征。
二轮
这一零件是中心式机心结构与偏中心式机心的最主要区别，大家可以通过中心二轮图和偏中心二轮图看到它们的共同点与不同点。两者的共同点是A位置是二轮与基板B2位置孔的宝石轴承配合；B位置是二轮与控制夹板B2位置的宝石轴承配合； C位置与前两个位置有所不同的是它被加工出轴齿，其目的是为了让它与B1位置原动系的条盒轮带有的齿啮合在一起，使得原动系的能量直接输出给这个中心二轮；D位置是个轮片，有得到就得有输出，正是这个位置将二轮通过原动系得到的能量输出给B3位置的传动轮系，更进一步输出给摆轮游丝系统使其开始工作。两者的不同点在于中心二轮的E位置，它的功能是用来承载显示系，再细说是用来与显示系的摩擦分轮配合在一起的，其原因就在于此二轮占据了中心位置。那么显示系就需要有个中介结构来与其整合在一起，当然在需要快拨时分针的时候还得在不影响主传动系正常运转的前提下将两者隔离开，而偏中心式二轮没有了那个E位置，因为它已经偏中心了也就没有承载显示系的责任。
三轮
此零件的作用是连接二轮。在接收来自于原动系统能量的同时，还改变了传动比以及轮系旋转的方向，也就是说它属于介轮范畴。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是它与二轮片所带有的齿啮合在一起，使得原动系统的能量通过二轮输入给了三轮，也就是输入给了传动轮系；C位置是三轮片，它与前面说到的带有轴齿的三齿轴固定为一体，并且也是被加工出轮齿与四轮轴齿啮合在一起。
四轮
此轮也被称作秒轮。大家从名字上就可以大概判断出此零件跟计秒有关联，其实此轮的旋转速度正是受到了摆轮游丝系统的控制，以每分钟转动一周的速度旋转。此外，此零件的顶端一般是个锥形，方便安装秒针。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是前面已经谈到过，它与三轮片齿相啮合；C位置是四轮片，它与四齿轴固定为一体，并且被加工出轮齿与擒纵轴齿啮合在一起；D位置是被加工成锥形目的是安装秒针的针管所设置的。
擒纵轮
这个零件在机心中非常特殊，因为此擒纵轮片的齿形并不是普通的钟表用齿形，而是异型齿。其形状相对比较怪异，它的作用就是为了配合整个擒纵机构的运转而设计的。更准确地说：它将与擒纵叉部件的进瓦与出瓦相配合在一起，来完成擒纵机构完整的动作要求。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是它与四轮片所带有的齿啮合在一起；C位置是擒纵轮片，大家可以看到此轮片跟前面所见到的轮片齿形有很大区别，这个独特的设计就是为了杠杆式擒纵机构的需要而设置的，它的转速将直接控制四轮也就是秒轮的速度，同时也就是本机心的时计基础。
了解过了机心基板传动B孔的常识后，我们再来认识中心二轮式和偏中心二轮式机心的二轮、三轮、四轮与擒纵轮的特征。
二轮
这一零件是中心式机心结构与偏中心式机心的最主要区别，大家可以通过中心二轮图和偏中心二轮图看到它们的共同点与不同点。两者的共同点是A位置是二轮与基板B2位置孔的宝石轴承配合；B位置是二轮与控制夹板B2位置的宝石轴承配合； C位置与前两个位置有所不同的是它被加工出轴齿，其目的是为了让它与B1位置原动系的条盒轮带有的齿啮合在一起，使得原动系的能量直接输出给这个中心二轮；D位置是个轮片，有得到就得有输出，正是这个位置将二轮通过原动系得到的能量输出给B3位置的传动轮系，更进一步输出给摆轮游丝系统使其开始工作。两者的不同点在于中心二轮的E位置，它的功能是用来承载显示系，再细说是用来与显示系的摩擦分轮配合在一起的，其原因就在于此二轮占据了中心位置。那么显示系就需要有个中介结构来与其整合在一起，当然在需要快拨时分针的时候还得在不影响主传动系正常运转的前提下将两者隔离开，而偏中心式二轮没有了那个E位置，因为它已经偏中心了也就没有承载显示系的责任。
nlc202309031410
三轮
此零件的作用是连接二轮。在接收来自于原动系统能量的同时，还改变了传动比以及轮系旋转的方向，也就是说它属于介轮范畴。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是它与二轮片所带有的齿啮合在一起，使得原动系统的能量通过二轮输入给了三轮，也就是输入给了传动轮系；C位置是三轮片，它与前面说到的带有轴齿的三齿轴固定为一体，并且也是被加工出轮齿与四轮轴齿啮合在一起。
四轮
此轮也被称作秒轮。大家从名字上就可以大概判断出此零件跟计秒有关联，其实此轮的旋转速度正是受到了摆轮游丝系统的控制，以每分钟转动一周的速度旋转。此外，此零件的顶端一般是个锥形，方便安装秒针。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是前面已经谈到过，它与三轮片齿相啮合；C位置是四轮片，它与四齿轴固定为一体，并且被加工出轮齿与擒纵轴齿啮合在一起；D位置是被加工成锥形目的是安装秒针的针管所设置的。
擒纵轮
这个零件在机心中非常特殊，因为此擒纵轮片的齿形并不是普通的钟表用齿形，而是异型齿。其形状相对比较怪异，它的作用就是为了配合整个擒纵机构的运转而设计的。更准确地说：它将与擒纵叉部件的进瓦与出瓦相配合在一起，来完成擒纵机构完整的动作要求。A位置是与控制夹板相对应的宝石轴承相配合；B位置是被加工出的轴齿，其作用是它与四轮片所带有的齿啮合在一起；C位置是擒纵轮片，大家可以看到此轮片跟前面所见到的轮片齿形有很大区别，这个独特的设计就是为了杠杆式擒纵机构的需要而设置的，它的转速将直接控制四轮也就是秒轮的速度，同时也就是本机心的时计基础。
海鸥机心ST1600
为中心二轮式结构，它的主传动轮系与显示系的连接关键为摩擦分轮机构。所谓摩擦分轮是指中心二齿轴顶部的其中一段被加工成具有锥度的台阶，而分轮的中下部分具有薄壁和刻槽凹陷，也就是说分轮的这一段具有一定的弹性，它将与中心二齿轴的那部分锥度台阶摩擦配合，这种机构的设置目的是在机心正常运转中两者可以同步转动，中心二轮在调速机构和主传动轮系的控制下以每小时一周的速度转动，这样它就驱动了分轮与它以同样的速度转动，而当需要调校时间快速驱动分轮的时候，由于他们之间是摩擦配合，因此分轮可以被单独驱动而不会影响中心二轮的正常转动，当停止调校的时候，两者又会摩擦配合为一体同步转动了。只是这两个机心的主传动轮系有些区别，前一款机心的四轮也就是秒轮是被设置于中心位置，而通过图我们可以看到，它的四轮实际上并不是处于中心位置，而是处于偏中心位置，那么中心位置的秒轮是被后期放置的，它只有秒齿轴通过三轮片与真正以秒速度旋转的四轮齿轴连接，这种传动方式有个名字叫“秒簧式”，顾名思义，此类机心的中心位置秒轮由于是后期设置的并不处于主传动链，所以必须采用一根秒簧给它以一定的阻力，其目的是为了被镶嵌秒针的中心秒轮不会出现秒跳现象。
海鸥机心ST2500
根据海鸥2500的机心图所示和我们已经讲到过的相关知识，我们可以判断出此款机心属于典型的偏二轮三轮输出式，所谓三轮输出式的含义是三轮与显示系连接，而之前我们谈到的机心都是直传式，也就是说条盒轮直接与显示系连接。本机心为大三针中心设置，那么秒轮必定位于机心中心位置，也就是说三轮既连接了显示系，又与秒轮连接，它起到了承上启下的作用，同时秒轮的另一侧同样是擒纵机构与摆轮游丝系统，这样完整的主传动链就被连接完成了。这种传动形式对于机心整体的功能轮系布局将会有更多的选择和优势，本机心在具备主传动链为基础机心的前提下，可以附加各种实用的功能，如日历，周历，能量显示和双时区等。此机心设计目的是为了更好的工艺性，更利于大批量生产。
对于偏二轮三轮输出式机心显示系的分轮结构同样也需要前文我们已经了解到的直传式摩擦分轮结构，只是根据三轮输出式的结构特点，此分轮将不与主传动轮系直接配合，它将被分解为分轮与分轮片两部分，根据ST2500机心分轮的构造，我们可以看到分轮下端有个锥度台，而分轮片中间位置被加工成异形状，并且此形状必须具备一定的弹性，它将与分轮的锥形台配合为一体形成了摩擦分轮结构，两者既可以同步运动又可以相对运动，其功能性与先前说到的直传式摩擦分轮是一样的。
农业机械液压系统泄露原因及防治 篇7
1 液压系泄露的种类
农业机械液压系泄露主要有两种:一是固定密封处泄露(即静结合面,如液压缸的缸盖与缸筒的结合处、各管接头的连接处),二是运动密封处泄露(即动结合面,如油缸活塞与缸桶内壁;活塞杆与缸盖导向套之间)。以油液的泄露上可分为内泄露和外泄露,内泄露是指由于高低压侧的压力差的存在以及密封件失效等原因,使液压油在系统内部由高压侧流向低压侧;外泄露是指液压油以系统内部泄露到环境中。
2 液压系统泄露的原因
2.1 设计因素。
(1)密封件的选择。液压系统的可靠性,很大程度上取决于系统密封的设计和密封件的选择,由于设计中密封结构选用不合理,密封件的选用不合规范,没有充分考虑液压游与密封材料的相容型式、负荷情况、极限压力、工作速度大小、环境温度的变化等。这些都不同程度地直接或间接造成液压系统的泄露。另外,农业机械的使用环境中具有间接造成液压系统的泄露。另外,农业机械的使用环境中具有较多尘埃和杂质,所以设计时要选用合适的防尘密封,以免尘埃等杂物进入系统破坏密封,污染油液,从而产生泄露。(2)对于运动表面的几何精度和粗糙度考虑不全面,对连接部位的强度没有校核,这都是机械产品出现泄露的原因。
2.2 制造和装配因素。
液压元件和密封部件都有严格的几何精度。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度要求。
液压元件在装配中应杜绝野蛮操作,过度用力会使零件产生变形,而装配中的不细心,使结合面有沙尘等杂质,都会造成结合面不能全面接触而产生泄露,特别是密封圈、防尘圈,O形圈等橡胶元件,如果用汽油清洗则使其易老化失去弹性,失去密封功能。
2.3 油液污染及零件损伤。
(1)颗粒污染。颗粒污染是指污染颗粒进入运动间隙或通道时,引起表面磨损,使运动间隙增大或损坏密封圈,引起泄露。液压油缸是液压系的主要执行元件,工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境接触,虽然导向套上装有防尘圈和密封件,但也难免将尘埃、污物带人系统,加速密封件和活塞杆等的划伤和磨损,从而引起泄露。(2)水污染。工作环境潮湿等因素的影响,可能使水进入液压系统,水与液压油反应,形成酸性物质和油泥,降低液压油的润滑性能,加速元件的磨损,造成泄露。(3)零件损伤。密封件是用耐油橡胶等材料制成,使用时间长,会发生老化、龟裂、损伤,这些情况势必引起系统泄露。而零件在工作过程中受到碰撞而损伤,会划伤密封元件,从而造成泄露。
3 液压系统泄露的防治
3.1 合理设计和加工密封沟槽。
液压缸密封沟槽设计得是否合理或加工好坏,是减少泄露、防止油封过早损坏的主要原因。密封沟槽的设计包括结构形状、尺寸、行位公差和密封面的粗糙度,应严格按照标准要求进行。假若沟槽尺寸偏小,密封圈的沟槽内没有微小的活动余地,密封圈底部因受反作用力很容易损坏而导致漏油。
3.2 正确装配密封圈。
装配密封圈时应在其表面涂一些润滑脂,若通过轴上的键槽、螺纹等开口部位,应使用引导工具,不能用螺丝刀等金属工具,否则会划伤密封圈造成泄露。对于有方向性的密封圈,装配时应将唇口对着压力油腔,注意保护唇口,避免被零件的锐边、毛刺等划伤。
3.3 密封表面的粗糙度要适当。
液压系统相对运动副表面的粗糙度过高,出现轴向划伤时将产生泄露;粗糙度过低,达到镜面时,密封圈的唇边会将油膜刮去,使油膜难以形成,密封圈唇口产生高温,而家具磨损。因此,密封表面的粗糙度不可过高也不可过低,液压缸滑阀等动密封件的表面粗糙度一般在R0.2～0.4mm之间,以保证运动时滑动面上的油膜不被破坏。
3.4 减少冲击和振动。
监控系统农业机械 篇8
随着计算机技术和信息采集与处理技术的发展,以信息化技术为核心的精细农业逐渐兴起。其中,无人驾驶农业机械成为现代智能农业机械的重要组成部分,在自动喷洒农药、施肥、收割作业和插秧耕作等方面有着广阔的发展前景。要实现农业机械的无人驾驶,重点在于其导航研究。目前,机器视觉和GPS导航受到了众多研究人员的关注,而基于视觉信息的机器人控制方法是最具发展前途的导航方式[1]。
采用相对坐标的机器人视觉伺服导航具有很多优点。与GPS导航这种绝对坐标导航方式相比,其灵活性、实时性和导航精度更好。另外,机器人视觉导航系统在采集导航信息的同时还能采集有关农作物病虫害以及农田状况的图像,从而为精细农业提供更多的信息。
机器人视觉伺服是用视觉信息构成机器人末端的位置闭环控制,所涉及的研究领域主要有计算机视觉、图像处理、机器人动力学和控制理论等。对于农业机械的机器视觉导航,重点需要解决3个问题:一是图像处理,要求图像处理算法具有实时性和很强的鲁棒性,能够适应复杂多变的自然光线条件;二是导航规划,即根据图像处理得到的位置和姿态误差,产生适当的操向角,由于图像处理数据量很大,需要较长的计算时间,所以图像处理的结果有较大的滞后;三是控制系统需要快速准确地完成操作,控制导向轮完成转向。
1 系统组成
农业机械机器视觉运动控制实验系统由一台东方红-LF80-90通用型轮式拖拉机以及其上装载的计算机、CCD摄像机和电液控制系统等部分组成,如图1所示。
试验系统的工作原理如图2所示。通过安装在拖拉机前端的CCD摄像机采集前方场景中导航特征的图像,经过视觉图像信息处理提取导航基准,得出车辆当前的横向位置偏差和方向角误差,经导航规划器产生操向角,通过PID控制器、伺服比例阀和转向油缸组成的控制系统控制导向轮的转向角度,使拖拉机跟踪导航基准行进。
2 视觉系统
从视觉传感器得到的图像并不能直接为计算机所理解,因此有必要对图像进行进一步处理,从中得到能够表达用于控制所需的信息—图像特征。
目前,视觉伺服的大部分研究所采用的都是物体简单几何特征,如点、直线、圆、矩形、区域面积等局部几何特征以及它们的组合特征[2]。基于位置的控制方式需要在图像处理环节给出目标的空间位置或运动参数,最简单的办法就是利用物体的已知几何模型,根据投影变换关系及摄像机模型来求取。一般最少4个点才可以唯一确定物体的三维位姿。
图像特征的恰当选择对伺服系统的性能有很大的影响。实际应用中的物体其可见性经常会受到纹理、遮挡、噪声和光照等条件的影响,因此所获得的图像特征集合的可靠性不能得到保证。为此,经常采用冗余特征,依据抽取的可靠性在线调整所用图像的特征。此外,冗佘特征也可以提高系统的性能,抑制噪声的影响。
在农业车辆的机器视觉导航方法中,最简单的是采用人工标记线的方法,即车辆跟踪标记线控制方向,在标记线的引导下到达指定目标,完成作业。这种方法相对于其他人工标记方法而言,有设置路径标识简单方便和成本低的优点,但对作业环境有特别要求,一般用于地面条件良好的温室内。
由于局部特征容易受到外部噪声的干扰,笔者在视觉伺服中采用全局特征,就是对作业环境中的自然导航特征进行辨识,如田间作物的空间排列特征、已收割作物形成的边缘及田垄犁沟等。经过对这些导航目标图像的处理,形成导航基线来进行农业车辆导航。这种导航方法最适合复杂自然环境下的农田作业,但是要求图像处理算法具有很好的鲁棒性,能够在复杂的自然景物中可靠地提取导航特征。
在农业机械的作业过程中,由于农田作业自身的特点,由田垄、犁沟、行茬构成的实际引导线主要是直线和可以用多段直线拟合的小曲率曲线,所以在视觉导航中通过对直线特征的检测就可以得到导航的基准[3]。在直线特征的检测算法中,Hough变换通过将图像空间中的直线变换为参数空间的点,对所有可能落在直线边界上的点进行累加统计完成检测任务。由于这种算法利用了图像全局特性,所以鲁棒性很强,受噪声和直线间断的影响小,而且能够确定边界到亚像素级精度。笔者采用Labview与VC混合编程,开发了基于Hough变换和动态窗口的视觉图像处理算法,在室内、室外、晴天和阴天等不同情况下进行了试验。试验结果表明:在多种光线条件的自然环境中该算法都能可靠地工作。
由于Hough变换在对参数空间检测时要进行大量的统计计算,在仿真分析中也发现若图像处理的时间过长,则导航精度和稳定性都很差[4],因此采用了动态窗口跟踪和图像简化抽点技术,使每帧图像的处理时间在80-100ms以内,从而有效地防止了对场景中其他直线特征的误检。图3所示为Hough变换算法的处理结果。图3(a)为自然光条件下以路面伸缩缝为导航特征进行检测的结果,其中方框是跟踪导航特征的动态窗口,箭头表示了经视觉图像处理后检测到的直线特征。图3(b)为经Hough变换后得到的参数空间图像,为防止参数空间过大,用直线的极坐标方程将直线映射为正弦曲线,这样在图像空间共线的点就对应参数空间交于一点的正弦曲线,在参数空间中最亮的点就是检测到的导航直线。经透视关系几何变换,由检测到的(x,y)坐标可以得到车辆的横向位置偏差,由角度θ可以得到车辆的方向角误差。
在农业机械作业环境实际导航的过程中,采集到的图像要先经过预处理,对图像进行增强和滤波,去除场景中大部分的背景噪声干扰,然后提取导航特征的边界,最后通过Hough变换检测导航的直线特征,得到车辆位置和姿态误差[5]。
(a) 自然光 (b) 经Hough变换
3 控制策略
根据自动驾驶作业的目的和特点可知,对车辆的主要控制是有限的横向位置和方向角两个自自度的误差,因此可以采用预标定运动控制方法,即以实现运动控制为目的而进行图像的自动获取与分析。根据直接得到的图像反馈信息快速进行图像处理,得出在像平面上的反馈信息,构成农业机械的位置和姿态的闭环控制。由图像处理和分析理解获得的直线数学表达可以得到车辆方向角误差和横向位置误差。
模糊控制是应用模糊集合理论和模糊推理逻辑的一种控制方法,它是以人的经验和知识为依据,模仿人的思维方式和人的控制经验来实现的[6]。
视觉伺服控制的目标是使路标与采集图像的底边交点位于底边的中央位置,且路标与底边垂直。本文采用一个双输入单输出模糊控制系统,输入为横向位置误差和方向角误差,输出为操向角。控制系统图如图4所示。
4 试验
用建立的农业机械机器视觉导航试验系统进行了机器视觉导航的实车试验,在拖拉机后轮中心附近以油壶滴油标记拖拉机的运动轨迹,试验条件如下:
1) 阴天光线条件;
2) 直线跟踪长度为200m,以路面伸缩缝为导航特征;
3) 曲线的跟踪长度为200m,用电缆设置曲线引导线;
4) 速度为6.2 km/h。
在进行曲线跟踪试验时,若导航基线的曲率过大,会造成转弯半径过小,则摄像机捕捉不到导航基线,会造成导航失败。由于假设在实际作业时车辆是沿小曲率曲线作业,所以只有在导线的曲率设置较小时试验才能顺利完成。
5 发展方向
试验证明:利用计算机图像处理和识别技术,采用模糊控制策略, 可实现农业车辆的视觉伺服。本文采用的图像处理方法迅速可靠,模糊控制方法可行,具有较好的适应性和鲁棒性。
通过农业机械机器视觉导航系统的研究,笔者认为未来视觉伺服研究的发展方向如下:
1) 图像特征的选择问题。图像特征的选择与视觉伺服系统性能密切相关,不仅要从图像处理的角度来进行考虑,同时也要从控制的角度来进行考虑。从控制的观点看,冗余特征可抑制噪声的影响,提高视觉伺服性能,但又会增加图像处理的时间及难度,降低系统的动态性能。因此,如何选取性能最优的特征、如何处理特征以及如何评价特征是需要进一步研究的问题。
2) 视觉伺服中,在图像采集和处理、三维信息的重构等方面,要处理的信息量大,算法复杂多样,如果结合计算机视觉及图像处理的研究成果,建立机器人视觉系统的专业软件库和硬件系统,将能极大地提高伺服研究的效率和性能。
3) 多传感器融合。虽然视觉传感器有很多优点,但它也有一定的使用范围和局限性。因此,有必要和其他的传感器一起使用,发挥其他传感器的优点,进行互补,以提高机器人的感知能力,消除不确定性。
参考文献
[1]国际机器人联合会.世界机器人最新统计数据[J].机器人技术与应用,2001(1):6-10.
[2]章毓晋.图像理解与计算机视觉[M].北京:清华大学出版社,2000:164-165.
[3]余英林.数字图像处理与模式识别[M].广州:华南理工大学出版社,1990:169-175.
[4]任仙怡.一种新的相关跟踪方法研究[J].中国图形图像学报,2002(7):554.
[5]王志中.自动引导车辆转向系统的辨识建模[J].农业工程学报,1999,15(2):27-31.
浅谈农业机械液压系统的使用维护 篇9
关键词：农业机械,液压系统,使用维护
近年来国家经济飞速发展, 对农业投入和扶持力度不断加大, 我国农业机械的保有量和新增数量屡创新高, 随之而来这样那样问题不断出现。农业机械故障特别是液压系统故障高发, 农民用户自己难以检修, 停工、误工现象不断发生。
1 农业机械液压系统出现问题的原因
1.1 使用环境因素 (农业机械普遍是在野外露天施工作业)
(1) 灰尘大, 液压油易受污染, 液压件、机械零部件过早磨损;散热器易受灰尘附着, 造成散热效率下降, 温度升高, 从而发生液压密封件老化损坏, 液压件卡死;
(2) 夏季阳光直射, 环境温度及油温较高, 造成液压油变质失效, 液压密封件过早老化失效;
(3) 冬季室外工作, 环境温度及油温较低, 启动困难, 离合器、油泵、油马达轴损坏。
1.2 机械操作人员机械使用素养较低的因素
与城市比较, 因受教育程度普遍较低, 平时接触机械较少, 造成机械素养较低。
1.3 检修环境的因素
液压机械检修对环境的要求较高, 一般必须是无风无尘的封闭空间, 而农业机械检修普遍在田间地头进行, 与要求的环境相差较远。
1.4 思想观念和生活生产习惯的问题。
农村生活环境普遍较差, 农民生活比较艰苦, 养成“节约”的习惯, 变质液压油舍不得更换, 出现小毛病舍不得维修, 从而变成大故障, 维修费用大幅度增加, 甚至造成零部件报废。
2 解决问题的方法
2.1 从设计着手
农业机械液压系统的设计应尽量简洁、耐用、对环境的要求尽可能宽泛, 特别是液压滤清器、油箱呼吸器的过滤性能、流量要比普通液压系统效率要高流量要大, 散热器的有效散热面积要大得多并且需有旁通回路。零部件种类尽可能减少, 所需维护工具尽可能采用通用工具、品种类型尽可能少, 使得系统寿命高、耐用;耐候性好、抗糙;易维护。
2.2 从培训着手
农业液压机械生产厂家和经销商要尽可能为购机农户提供使用、维修培训, 教授其基本的机械、液压原理, 正确使用维护方法, 注意事项, 常见故障及处理技术。
2.3 从设备使用说明书着手
设备使用说明书要通俗、详细;机械各部位分解结构要有立体图或轴测图注解, 使之清楚明了容易理解;故障种类、处理方法要详尽明了, 并能结合立体图样详细解释、说明;易损件配置要合理;并对购机用户进行详细讲解, 使之仔细、全面阅读, 并透彻理解。
3 使用保养重点注意事项
(1) 重视首次液压油的更换。第一次液压油不及时更换是造成系统早期磨损, 故障频度急剧增加, 使用寿命急剧缩短的最主要、最直接的原因。因初始使用农业机械及液压系统各部位处于磨合期, 油液易被机械及液压系统内的固体颗粒物 (加工残留、装配混入的金属粉末、涂料、氧化物;零部件磨合形成的各种粉末颗粒等等) 、可溶性杂质、水等污染。
(2) 按说明书要求定时更换液压油。液压油是石化产品调配出来的, 长期使用和存放会造成分解、脱胶、氧化, 从而造成液压系统节流小孔堵塞, 滑阀运动副卡死, 所以千万不要因为观察油液清亮, 滤清器无堵塞而到期不更换。
(3) 长期闲置需把液压油排放干净, 并彻底清洗液压系统;短期放置, 需定期启动循环液压系统。
(4) 更换液压油注意事项:
(1) 定期、及时 (主要指说明书给定的时间及周期) ;
(2) 彻底 (特别是液压缸、管路、油箱等有储留管腔的部位) ;
(3) 干净 (特别是指环境要尽可能在室内、无风条件下进行;油箱、液压缸、管路要冲洗干净并不得残留其它油液及水;加入新液压油必须过滤) 。
(5) 防止油温过高或过低
油温过高将对系统产生一系列不良后果:如使液压油粘度降低, 泄漏量加大, 容积效率下降, 速度不稳定, 会引起运动副之间间隙变化, 拉伤、甚至卡死;会使油液过早变质, 密封件老化等等。
油温过低将造成系统启动困难, 运动卡滞、拉伤, 油缸爬行, 零件损坏, 油泵、油马达、离合器轴扭断等等。
所以要重视油温过高或过低:
(1) 夏季高温季节选择适当的措施遮盖油箱及油缸, 避免阳光直射加速油温升高;
(2) 及时清洁散热器表面油污等附着物;
(3) 经常检查油压, 防止超过规定压力, 加速油温升高;
(4) 提高使用技巧, 防止液压油长时间通过溢流阀、安全阀泄压, 使油温升高;
(5) 工作时油温超过正常值 (通常为65℃) 时, 要停止工作, 将机器设备停放在阴凉处;
(6) 不可避免长期在高温下工作时, 根据工作条件加装强制风冷散热器或水冷散热器;
(7) 冬季要关闭散热器回路, 启动液压系统前油箱油液要预热, 要低速启动充分循环, 待油温达到正常值 (通常为15℃) 时, 再开始各部分无负载预动作, 稍后才能开始正常工作。
(6) 重视跑冒滴漏、噪声及动作速度变化
(1) 跑冒滴漏是密封件老化的外在表现, 应及时处理, 避免造成误工及事故的发生;
(2) 噪声及动作速度变化是密封件老化或机件磨损加重, 造成泄漏量加大或系统有气体、水进入等等原因, 如不及时处理, 将造成拉缸、泵体爆裂等事故的发生或停工、误工影响生产。
(7) 重视系统的调试、启动等环节
(1) 启动发动机前要使油泵离合器处于分离位置, 启动发动机后要使油泵转速尽可能低速运行一段时间, 使液压系统充分循环;
(2) 启动液压系统要注意用发动机循环水或排气管排出的废气预热油箱液压油 (严禁明火加热) , 待油温达到要求后, 接合油泵离合器, 待油泵低转速运行5分钟后进行液压系统各部分预动作 (空载状态下) , 充分循环 (一般五分钟或15回次以上) , 才能进入正常工作状态;
(3) 每次正常工作前, 要打开压力表开关观察系统是否处于正常工作压力范围内, 调节到合适压力后关闭压力表开关, 进入正常工作状态。
(8) 油液的目视、嗅觉测试法
(1) 取一张干净白纸, 滴一滴液压油在上面, 油印周围有黑渍者, 固体污染物超标, 液压油需更换;
(2) 目视油液变黄, 则液压油被水污染, 需更换;
(3) 目视液压油变黑, 则液压油被固体污染物污染, 需更换;
(4) 液压油有刺鼻味道, 则液压油变质, 需更换。
农业大棚无线视频监控系统的设计 篇10
随着农业技术发展步伐的加快, 农业逐步实现了信息化和自动化, 对农业设施的信息化要求也越来越高, 在大棚等农业环境中安装视频监控系统显得尤为重要, 在防盗监测、消防监测及环境监测等方面起到了重大作用, 可及时查看大棚内的实时画面。但是, 传统的大棚环境监测需专人值守, 且安装的视频监控系统采用有线通信方式居多, 在布线及节省线路资源方面灵活性较差, 且在视频信号显示时自主添加文字、图像字符的难度较大。本设计的无线视频通信系统尤其适用于农业大棚视频信号的无线传输, 通过老式电视就可实现画面的显示, 成本较低, 且节省线路资源, 使用灵活。
2 系统设计方案
本系统主要由视频输入模块、无线发射模块、无线接收模块、视频显示模块、字符叠加模块和单片机控制模块组成。
2.1 信号传输方式方案设计
通信系统中, 调制与解调是实现信号传递的重要手段。利用调制技术, 适当安排多个载波频率, 可使各个调制信号的频谱互不重叠, 用不同的带通滤波器将其区分开, 从而实现在一个信道上互不干扰地传送多个信号。
2.2 发射模块方案设计
AV射频转换器可将影碟机、卫星接收机、VCD、DVD及游戏机等设备输出的音/视频信号转换成射频信号, 可实现图像清晰、立体声、低噪声及低功耗, 适用于无AV输入插孔的老式电视机收看VCD, 同时可根据客户要求设计不同的工作电压、F头、PLA制式、NT SC制式和不同的伴音频率。
2.3 接收模块方案设计
接收模块选用视频处理芯片和高频头, 视频处理芯片决定影像的分辨率, 高频头决定影像的稳定性。高频头的作用是将微弱的视频信号进行放大, 并且对传输不稳定引起的图像变形与干扰进行处理。数字高频头可接收数字高频信号, 并进行频道选择和高频信号放大及变频处理, 高频数字信号经解调后, 输出的数字信号为T S流。
2.4 字符叠加模块方案设计
专用字符叠加芯片UPD6453, 其特点是显示编辑功能强, 可以在屏幕上显示12行24列的字符, 每个字符为12×18点阵, 字符的大小、闪烁频率可以根据需要进行调整, 同时为了达到显示的多样性, 屏幕的背景色、字符的边缘色以及字符本身的颜色也可以进行修改。在监视器上显示诸如日期, 频道之类的信息, 由单片机进行控制。每一个字符由12×18点阵组成, 包含10个阿拉伯数字, 26个英文字母, 片假名、平假名, 少量汉字等符号共240种字符。
3 理论分析
3.1 发射机的主要技术要求
要有一定的工作波段、足够的频率准确度和稳定度;有足够的功率输出;调制性能 (调制灵敏度、调制频率特性、调制线性) 优。
3.2 接收机的主要技术要求
工作于规定的波段和采用适当的解调方式;具有高的接收灵敏度;具有好的选择性;应有好的保真度;应有高的工作稳定度。
3.3 杂波辐射的抑制
发射机中产生的谐波分量如果通过天线发射出去, 将对其他电台产生有害的干扰, 因此必须将谐波调制到一定程度, 从而减少干扰。
4 系统硬件及软件设计
4.1 系统硬件设计
CCMOS摄像头采集到的原始图像是NT SC或PAL制式的复合视频模拟信号CCBS, 通过AV电缆输入节点, 进行AV射频转换, 通过发射天线发射到接收机, 接收机进行解调, 并通过芯片UPD6453实现字符叠加, 最后在电视机等视频接收端等设备上显示, 系统总体框图如图1所示。
(1) 无线发射模块。射频发射电路通过电容三点式产生56 MHz的频率, 而图像信号经过摄像头采集, 通过摄像头的内部电路转换为模拟电压信号, 送入二极管混频电路, 混频电路负责把摄像头输出的模拟电压信号和本振信号混出射频信号。射频信号经过UPC1651集成运算放大器和共发射极电路放大后发送。其中UPC1651是电视天线放大器专用集成电路, 是一块超高频、宽频带 (频率带宽为1 200 MHz) 、低噪声且功率增益大 (19 d B, 500 MHz) 的高频线性放大电路。
(2) 无线接收模块。接收模块选用T DQ3型全频道高频头, 频率范围是87~860 Hz。调谐电位器选用较精密的多圈线绕电位器, 有利于调谐精度。波段转换开关K选用有3个输出端的旋钮开关。设计中选用LM7577N中放板, LM7577N采用声表面滤波器与锁相环同步检波器来分离图像中频信号与伴音中频信号。锁相环同步检波器还结合一个蜂音消除器抑制蜂音干扰。设计中选用的RF调制器的供电电压为5 V, 输出频率是200.8 MHz。
(3) 控制及字符叠加模块。该模块主要实现利用AT 89C52单片机调用字符芯片中的字符编码, 把编码加到传输的信号上。芯片UPD6453内部的字模库采用了12×12点阵的字库数据, 但这样显示的字符比较小, 经过试验发现当电感取15μH、电容取56 p F时, 12×12点阵的汉字字符以双倍显示较合适。
4.2 系统软件设计
利用单片机实现字符的叠加, 首先, 读取所要显示字符的区位, 判断该字符是否写入字符RRA中, 确定写入的字符为第几个字符及点阵信息的第几位, 然后从字符库中读取点阵信息并将点阵信息写入字符信息中, 设置字符在显示块中的行列地址, 后将显示的字符写入视频RAM中并设置视频显示块的起始位, 完成字符信息的叠加。字符叠加程序流程见图2。
5 系统测试结果
实现了从节点B至节点A视频信号和字符的无线传输, 也可通过不同的频率进行不同节点的设置与传输, 且传输功耗小于150 m W。
视频接收设备的视频内容清晰无闪烁, 色彩正常, 与摄像机直接用AV电缆连接到电视机的图像质量无明显差异, 实现效果较好。
6 设计结论
本设计利用AV射频转换器实现了视频信号的传输, 使用UPD6453字符芯片及单片机控制在视频信号通道加入字符, 所接收视频内容清晰、字符无误, 很好地实现了短距内视频信号的无线通信, 可放置于农业大棚内, 对大棚内的实时画面进行无线传输, 起到监测的作用。相比目前的视频传输系统, 该系统线路资源简单、经济实用, 尤其适用于农业环境下的监测系统, 采集当前画面并可结合监测报警系统, 可有效地实现无人值守, 提高农业的信息化水平。
参考文献
[1]曹茂永.数字图像处理[M].北京:北京大学出版社, 2007:217-220.
[2]王尽秋.数字无线视频通信系统的设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2005 (7) :22-25.
[3]杨珍丽.浅谈人防工程中数字无线视频通信系统的作用与构成[J].中国科技财富, 2012 (8) :70-71.
[4]高翔.井下无线视频通信系统关键技术研究与实现[J].煤炭科学技术, 2013 (S2) :259-261.
监控系统农业机械 篇11
关键词：大型煤矿机械 电子监控 故障诊断系统
0 引言
随着科学技术的发展，尤其是信息技术的进步，使得我国提前进入信息化时代。信息化社会的到来对各个行业的生产、经营、办公都有着较大的便利性，对于煤矿企业来讲，由于其自身生产特点，使得生产过程存在诸多安全隐患，严重威胁着生产人员的人身财产安全，十分不利于国家的健康发展。大型煤矿机械在煤矿生产过程中发挥着巨大的作用，对其进行电子监控能实时、及时、准确的监测其运行的状况，并对出现的故障进行诊断并定位，有效避免了因故障导致的突然停止，造成难以估量的经济效益，还可能对人员带来生命危险。因此在煤矿设备上安装电子监控与故障诊断系统，提升了设备的运行的安全性，确保机械设备能稳定高效的持续作业和运行。
1 大型煤矿机械设备信息管理系统运行的意义
在煤矿生产过程中，大型煤矿机械设备的运行性能和状态直接关系着煤矿采集生产的有序性和高效性，对煤矿企业的经济效益和社会效益具有不可替代的作用。随着信息技术突飞猛进的发展，使得煤矿大型设备的管理模式与内容已经难以满足当今社会和煤矿行业的需求，无法确保机械运行的稳定性。大型煤矿设备的管理水平不但与机械运行的情况和工程作业的安全性有关，还会影响到工程计划的制定、实施以及煤矿生产的质量等，因此对大型煤矿机械设备进行信息化管理，引入电子监控与故障诊断系统，对煤矿工程和企业具有重要的意义。
1.1 该系统可以对机械设备的运行、检修情况进行电子资料归档，使企业各管理人员能实时的监测到各类设备运行的数据，并通过这些数据制定科学的管理方法，确保信息的完整性、真实性、可靠性。
1.2 机械维修管理需要制定完善的维修计划，这需要相关数据和以往维修记录做参考，煤矿设备电子监控与故障诊断系统能对每次维修情况进行自动记录，给机械设备维修工作带来了较大的便利。
1.3 此系统能将煤矿企业的生产、管理以及财务直接相连，实现信息交流、资源共享的管理模式，尽可能提升设备信息管理水平。
1.4 煤矿机械电子监控与故障诊断系统最大的特点是远程监控，实时掌握运行的情况，及时反馈运行中存在的故障风险，从而制定出护理、维修的计划方案，并尽快实施，避免出现大型生产事故导致工期延长，严重影响工程效益。
2 电子监控与故障诊断系统的模式
2.1 电子-液压单元控制模式。在科学技术飞速发展的冲击下，机械发展的方向逐渐向电子液压单元转变，这是一种传感器-电子控制单元结合的液压驱动执行模式，其最大的优点是提升整机各方面的性能，提升工作效率，延长其使用寿命。相对传统模式，该模式成本没有太大的变化，但机械的性能比却显著提高。
2.2 电子-液压集成控制模式。信息化时代的发展为工程机械电子控制程度发展创造了有利条件，使得单元控制模式逐渐过渡到集成控制模式。电子-液压集成控制模式在减低设备耗损、改善劳动强度、提高煤矿生产管理水平具有重要的作用。因此在规格较大的装载机设备中，为了对原有液压控制机构与逻辑进行简化，可以在全液压控制的基础上嵌入双微处理器单元。
2.3 自动化电子液压控制模式。在电子-液压集成控制模式的基础上嵌入卫星通讯管理模块和自动化操作模块，促进设备管理、控制以及操作实现自动化电子液压控制模式。在机械设备运行、维修、保养等过程中，该模式提升了各个环节的工作效能和管理水平，实现了自动化控制模式，这必将是我国机械设备管理发展的趋势。
3 大型煤矿机械电子监控与故障诊断系统的分析
在信息技术和电子技术的发展进步下，促进了我国信号测试水平的提升，通过计算机对煤矿机械运行的情况进行远程监控，能及时、准确的获取相关数据，一旦出现系统故障能以最快速度进行定位并维修。但是传统信息收集模式陈旧落后，难以满足现代煤矿生产的需求，采用计算机电子技术对大型煤矿机械进行实施监控和故障诊断，能弥补传统收集模式的缺陷，提升系统的优越性。
3.1 系统的结构与功能。大型煤矿机械电子监控与故障诊断系统主要结构包括在线收集、分析处理信息、故障警报等部分，该系统能对煤矿机械设备进行实时监控，并预先得到故障，尽快处理避免事故的发生。
①收集数据。该系统中智能识别系统能对煤矿机械的运行状况进行检测，并利用传感器传递信息，以便获取及时、准确的数据。数据传递系统主要包括传感器和信号调理电路，传感器部分采用手机温度数据的半导体集成温度传感器，能对大范围的区域进行测温，具有良好的灵敏度。收集的信息真实可靠，不需要严格确保稳定的电源和电压就可以正常使用，具有十分好的使用性能。②分析数据。通过A/D数模转化，可以把传感器中的模式信号转换为计算机接收的数字信号，然后计算机对数据进行处理分析。该过程主要是通过预先设定的程序，以判断接收的信号，获取当前煤矿运行的状态，对事故风险的存在进行判断。计算机在接受数字信号的同时，可以把其中存在的异常数据、异常部件以及发生的时间在数据库中自动进行记录，今后遇到类似情况可以随时参考这些数据，以便维修工程的方便性。③警报装置。在电子监控和故障诊断系统中，将LED灯或者报警器安装到监控故障系统上，在出现异常故障时，该装置能发出报警信号，使相关操作人员迅速得知故障情况及时处理，避免因突然停机造成不可估量的损失。④时钟装置。将时钟装置设置于监控系统中，一旦发生故障可以将信息和时间一起存入数据库，有利于今后机械设备的维修工作。
3.2 系统的软硬件设施。在煤矿实际采集和生产过程中，煤矿机械设备开始工作时，电子监控与故障诊断系统也会同时进行监测。该系统将数据信号通过传感器传入计算机内，并对其进行分析，根据预先设定的程度展现出煤矿机械设备运行的实时情况以及可能存在的故障风险，然后利用警报装置，帮助相关人员及时对故障进行预防处理，避免故障发生的几率，最大程度降低煤矿企业的经济损失，提升煤矿生产过程的安全性与稳定性。系统硬件采用64道巡回检测、掉电保护等电路、电路板布线，该部分充分考虑了系统的干扰性，这就决定了整个监控诊断系统具有良好的抗干扰性，使得煤矿工程工作更加安全可靠。而软件设计是上述提到的，传感器识别、采集数据、故障判断、运行状态提示以及结果输出服务等。
4 结束语
综上所述，媒介机械电子监控与故障诊断系统主要实现了传感器识别、收集数据、信号转换及传递、警报提示、故障诊断、自动记录等功能，是现代化煤矿机械设备管理发展的新趋势。在煤矿实际采集和生产过程中，大型煤矿机械设备管理涉及内容广、信息数据量大，传统的管理模式已经无法满足当今社会与该行业发展的需求，这就迫使煤矿企业必须创新和改进设备管理模式，以确保企业最大化经济效益的实现。因此引入先进的信息技术，通过计算机管理，大大提升了设备的工作效能，使获取信息更加及时和准确，确保设备运行的安全与稳定，有效避免了恶性故障带来的损失，实现煤矿企业最大化经济效益和社会效益，促进企业健康、可持续发展。
参考文献：
[1]张宇龙.煤矿通风空调系统远程监控与故障诊断研究[D].电子科技大学，2013.
[2]彭学前.采煤机故障诊断与故障预测研究[D].南京理工大学，2013.
[3]于会荣.基于模糊神经网络的矿井风机状态监测与故障诊断系统研究[D].河北工程大学，2013.
[4]張华杰.煤矿机械齿轮和轴承故障诊断研究[D].西安科技大学，2013.
[5]罗贤峰.煤矿架空乘人装置的设计与应用[D].电子科技大学，2012.
农业机械液压系统几种故障及排除 篇12
1 收割机执行油缸动作失灵
佳联-4玉米收割机液压系统执行油缸上升动作失灵或重负荷无动作、轻负荷正常, 故障的主要原因及排除方法是:①油泵吸入了空气, 可能是吸油管损坏或油箱液面过低, 应检修吸油管或将液压油加至规定位置;②压油管堵塞或滤清器堵塞, 应清理堵塞物或更换滤清器;③油泵严重磨损, 效率过低, 致使系统无法建压, 应更换液压泵;③安全阀口垫有异物或阀口与安全阀芯密封面损坏, 应清理异物或研修阀口、更换阀芯;④安全阀体上隔离高、低压区的密封圈损坏, 应更换密封圈;⑤安全阀弹簧变形或损坏, 应更换弹簧 (系统需要接压力表, 将安全阀调至规定压力值) ;⑥阀杆行程不够, 致使油缸不能配油, 应检查机械干涉情况, 并使行程恢复正常;⑦单向节流片或固定节流孔堵塞, 阻隔油缸进油, 应拆检清除阻隔物 (节流片有方向规定, 不得装反) ;⑧机械故障致使柱塞或活塞杆弯曲, 造成油缸不能上升, 应检修或更换。
2 拖拉机液压系统悬挂农具时而能提升, 时而不能提升
一台宁波-484拖拉机, 在秋季翻地时悬挂大犁抖动剧烈, 导致无法正常作业。更换分配器后, 液压系统工作正常;但换后2h, 出现新的故障现象:农具时而能提升, 时而不能提升。检查诊断过程中发现换向阀卡滞在回油位置, 致使农具不能提升。用螺丝刀撬动换向阀后, 液压系统恢复正常。而后又发现农具不能下落, 拆解分配器, 发现回油阀卡滞, 而使农具不能下落。清洗后, 发现液压油杂质多, 油变质。换标准液压油后, 液压系统恢复正常。
3 拖拉机液压油缸提升缓慢或下沉
东风-35拖拉机液压油缸提升缓慢或下沉, 诊断及排除方法:先将农具提升到最高位置, 然后快速将油缸前面的截留阀紧死。这时若农具不下沉, 说明液压油缸状态良好, 故障在分配器和分配器与油缸连接的部位上。可能是分配器主阀磨损造成液压油严重泄漏, 或主阀卡滞不能完全打开和关闭。如果是卡滞, 可以通过对卡滞部位研磨清洗加以解决, 否则要更换分配器总成。如果是安全阀封闭不严或安全压力低, 可通过清洗研磨安全阀密封面、增加安全阀弹簧预紧压力来解决。在增加弹簧预紧压力时, 不可一次增加太大, 要逐渐增加, 以免因安全压力过大而损坏油泵。若是分配器和油缸间密封胶圈损坏, 应更换新的胶圈。这时若农具出现下降现象, 说明液压油缸、活塞和密封胶圈之间有泄漏或活塞上的限位球阀卡滞或封闭不严。此时需要将液压油缸卸下检查。检查时如果液压油缸和活塞配合面之间没有明显的划痕, 说明油缸和活塞状态良好, 只要更换活塞密封胶圈就可以了;如果油缸和活塞之间有大的划痕, 则需要对油缸和活塞进行成对更换。
4 拖拉机液压转向不灵
一台奔野-484拖拉机, 往一边转向正常, 而往另一边转向发沉。经技术人员拆卸检查发现, 转向油缸有一边转向油封损坏, 就是该油封损坏引起这边转向失灵。更换该转向油封后, 故障排除。
5 拖拉机方向盘不能自动回中立