水稻作为人类的主要粮食作物养育着世界近50%的人口,在人类的生存和发展中占有重要地位。水稻约占我国粮食总产量的40%,是我国第一大粮食作物,其生产关乎国家的粮食安全。然而近年来,一方面,随着人口增长,水稻需求量越来越大;另一方面,可耕地资源及农业从业人员的减少,提出对水稻生产更加高效、节约资源、减轻劳动强度和改善作业环境等要求,实现水稻栽植机械自动化作业是解决上述问题的有效途径,因此,研究智能化水稻栽植机械有着非常重要的意义。步行插秧机是三种类型(高速、普通乘坐和步行插秧机)中唯一双脚与土地接触的作业方式,由于北方寒地插秧季节气候寒冷,双脚与冰冷的土地接触,是一项非常艰苦的劳动,年复一年,很多农民患上了关节炎等疾病。步行插秧机由于其轻便、操作灵活、过埂和防陷性能好,特别适用于泥脚深的水田,是一种不可或缺的机型。无人驾驶技术可以免去农民下田的生产环节,产业化成本小(研制费用3000元左右),而且可以充分发挥回转式移栽机构的高效率。该研究以步行插秧机为平台,通过设计辅助行走机构代替人工驾驶,并设计遥控系统和末端气动执行系统实现步行插秧机智能化田间作业,主要研究内容包括:(1)通过分析步行插秧机在人工驾驶情况下的田间作业过程,插秧机自身的液压仿形系统原理和液压升降系统的机构关系,发明了两种不同的辅助行走机构,针对辅助行走机构设计方案一,分析了机构运动规律,建立机构的运动学和动力学模型;(2)借助CAA技术,利用Visual Basic 6.0软件开发平台,根据辅助行走机构的结构特点和步行插秧机自动化田间作业的运动要求,确定机构优化目标。基于所建立的运动学模型,开发了计算机辅助优化设计与分析软件。同时,利用课题组提出的“参数导引”启发式优化算法对机构进行快速优化,得出了满足无线遥控步行插秧机田间作业要求的参数组;(3)依据优化参数组,应用CAD2007软件进行二维图纸绘制,并用CATIA软件建立三维模型,进行零件之间干涉检查,完成机构装配,将建立好的虚拟样机模型经中间格式转换后导入到ADAMS仿真软件中,添加运动副、驱动及载荷得到虚拟仿真模型,完成仿真分析后,将相关数据输出,根据仿真结果分析辅助行走机构的升降高度和插秧机在升降过程中倾斜度变化关系,并与优化软件和机构分析结果相对比,检验理论模型的正确性;(4)为验证设计方案二的可行性,进行物理样机试制与装配,并设计了单片机信号传输与处理模块和末端气动执行模块,最后在水田规格为10?20 m,泥水深度为15~25 cm中进行遥控试验,插秧机的行走速度设定为0.45 m/s和0.90 m/s,实验结果证明,方案二和控制系统满足无线遥控步行插秧机田间行驶作业要求,验证了机构和控制系统的正确性和可行性。