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题目： 基于机器视觉的精准施药喷头移动机构设计学 院:在传统农业中的植保领域，化学除草剂的使用方式普遍为粗放式的人面积喷 洒，一•方面容易造成人身伤害，另一方面因为喷药时不是精确对准R标物，往往 也喷在了无H标的土壤上由于杂草在田间的分布是随机的，不均匀的，而且具 有簇牛性正是这种杂草分布的不连续性，为精确施药技术的可行性提供了依据 本设计机构利用步进电机易于启动、停止，正反转及速度响应性好，同步带的传 递平稳、准确，传递效率高等优点，通过他们作为机构的主要部件，带动施药喷 头左右移动，从而达到对不规则牛长的农作物进行精准施药的F1的本文的主要 研究内容如下：1、 移动机构的分析2、 电机、联轴器、轴的选用3、 同步带控制系统关键词：精准施药，同步带，喷头，移动机构AbstractRoughs Praying technology in traditional the usage method of chemistry herbicide is wide-spread to spray, spraying isrft to aim at a target thing accurately, but usually spraying at the soil without weed, so plenty of herbicide is wasted, resulting in not only the Human body hurt easily, but also the ecosystem environment crisis and increasing agricultural chemicals residue. Because the distributing of weed in the field is random and asymmetry .The discontinuity of weed distributing Provide a basis for the Precise -spraying. This design using the step-motor easy to start, stop, positive and negative and response of the synchronous belt transmission, smooth, accurate, higher efficiency through them as a major part of the organization, spraying nozzles, and move on to grow crops irregular precision of pesticide.The contents of the study could briefly summarized as follows :1、 The analysis of the move machine;2、 The external motor> the coupling^ the axle to choose;3、 The system of the synchronous controlKey words: Precise spraying, synchronous belt, spraying nozzles, the mobile mechanism.摘 要 IAbstract I第一章绪论 1第二章基于机器视觉的精准施药喷头移动机构原理说明 2第三章精准施药喷头移动机构的设计与计算 33. 1步进电机的选型 33.2电机欤动器的选型 33.3传动轴的选型 43.4联轴器的选型 63. 5轴承的选型 73.6同步带和带轮的选型 83.7机构设计数据的计算 11第四章总结 12参考文献 13致 谢 10第一章绪论长期以來，人们赖以牛存的食物靠栽种植物和饲养动物等方法来提供，然而 在栽种植物过程中，不nJ避免地要遇到防治病虫害的问题。

对农田作物病虫害防 治一般來说有三种方法，一是利用自然天敌，自然界很多作物害虫都有其天敌， 合理地利用它的自然天敌可以有效地防止作物病虫害的发牛和蔓延，而II也减少 了农药的使用；二是人工清除，用手或借助一些简单机械设备來防治;三是用化学 防治的方法，通过喷洒农药来消灭害虫和细菌等随着时代的发展，人工防治的 方法已逐渐被淘汰，化学防治成为H前控制病虫危害的主要手段，而防治效果的 好坏，喷施技术十分重要H前，我国喷施农药的方法是普遍采用植保机械，80%左右的国产植保机械 仍处于发达国家20世纪50-60年代的水平，尤其是各种手动喷雾器存在严重的 “跑、冒、漏、滴”现象，故障率高，性能落后，远远达不到科学使用农药的要 求一方面对人身伤害很大，遇到恶劣天气人在作业时甚至容易中毒另一，方面 喷药时也不是精确对准农作物，往往也喷在土壤上，不仅浪费了农药，増加了作 物的农药残留量，而且喷在土壤中的农药易造成土壤酸化和地下水污染随着农 药的大量使用，其残留在农作物和土壤中的农药对人身和环境的危害也与口俱 增，这跟现代农业要求精准高效、绿色环保的要求是背道而驰的因此，有必要 研制一种基于机器视觉的高效可行的喷药装置，让机器代替人在田间作业的同时 能比较精准地对准农作物喷药，以降低人的劳动强度,提高药效和保护农田环境。

同时，国家“十一五”规划中己将研究高效低污染的喷药技术和植保装备技 术作为重大攻关项口，而且国家中长期科学和技术发展纲要也已把农业精准作业 和信息化列为重大课题在精准农业的不断发展壮大和农业牛产从机械化、自动 化逐步向智能化方向发展的趋势下，智能化农业机械必将成为未來农业牛产的主 要装备为了减少成本和保护环境，人们开展了除草剂的精确喷药技术的研究，希望 替代传统的大面积喷药技术，以降低人的劳动强度，提高药效和保护农田环境 本设计机构就是基于这一背景下着手准备的，研究基于机器视觉的作物精准施药 机构设计不仅对农田作物喷药自动化具有十分重要的意义，而II也是精准农业技 术体系的重要组成部分和实现精准农业中变量技术中的重要环节第二章基于机器视觉的精准施药喷头移动机构原理说明设计任务要求设计一个能带动喷头左右移动的移动机构机构要求移动平稳 而精确，这很大程度的限制了我们对零部件的选用在老师及同学的指导和帮助 下，经过反复求证，我们最终制定了“通过步进电机带动同步带左右移动”的方 案，理由有两点：一、步进电机的位移与输入脉冲信号数相对应，可以组成结构 具有一定精度的开环控制系统，也可在更高精度的组成闭环控制系统，且易于起 动，停止，正反转及速度响应性好。

另外，步进电动机的步距角可在大范围内选 择；二、同步带传动具有以下特点：(1)传动准确，工作吋无滑动，具有恒定 的传动比；(2)传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低，传动效率达0.98, 速比范围可达1:10,允许线速可达50m/s； (3)传动效率高，可达0. 98,节能效果明显；(4)维护保养方便，不需润滑，维护费用低这两个主部件的特点 促使了我们制定了这套方案下面，我将对这套方案的原理进行简要的说明步进电机带动通过连接轴连接的同步带带轮转动，施药的喷头固定在同步带 下带的前内侧(俯视图为相切)的带丄面，考虑到带的同步带由于喷头和药水的 重力，可能会弯曲，我在同步带的正下面安装了 5个装紧轮，装紧轮固定在台面 上当同步带移动吋，它们的轮会滚动，但其木身不动，从而一定量的减少了带 的弯曲，提高了效率当喷头需要向左移动吋，电机发出一个脉冲信号，带轮转 动，皮带带动喷头向左移动，当喷头需向右移动亦然，从而达到对农作物偏差在 0.5个行距之间的杂草进行施药的FI的其中，用布进电机能够更好地控制施药 的精确度和同步带移动的速度，不致于因移动过快而精度降低的现象通过步进 电机发出一个脉冲，同步带移动一-格，喷头随之移动，很好的结合了步进电机与 同步带两机构的优点，从而达到预期戸的。

同吋，步进电机与同步带中间通过带 轮、两个轴和一个联轴器相连，降低了损耗，提高了效率图1：喷头移动机构原理示意图第三章精准施药喷头移动机构的设计与计算3.1步进电机的选型：根据机构原理中所介绍，经过老师的指导及自己的粗略演算，再对步进电机的查找我们最终采用了 75BYG4502型步进电机，具体如下：表一：步进电机型号和参数：型号DB(h7)L1bDI (h7)hhlLD2DI75BYG450275759.5303602.58127845.5型号步距角相 数电压（V）电 > 相流(A起动频 率（步/秒）转动惯量(Kg • cm2)(Kg)75BYG45020. 9/1.8°22432.036001.52,8注：1） 以上数据为平均参考值，用户可据此绘成矩频特性曲线2） 二相及四相电机在低频段100±20步/秒处有谐振区，工作吋避开此区为佳3） 当电机的运行频率超过二分之一空载起动频率吋，所用控制器应具有升降频 功能4） 电机轴功率与转矩转速及频率间的关系M （N-M） X n （转/分）二 9. 55 X P （W）n （转/分）二步矩角Xf （步/秒）/6°图2：步进电机3.2电机驱动器的选型根据步进电机的型号，我们采用了 BY系列二相混合式步进电机驱动器, 电机驷动器参数如下：驱动器型号和数细分数相电流工作电源BY-2HB04M22、 5、 10、 20、 400. 5-4. 0ADC24-40VOPTO须接系统的VCC控制系统z2.3)电 » «>—•.* ・・•：二UOQ 2 10 9g 上 u 弘 100 z "OCY % 0 »■001 1 06 101 , QA010 1 5A !*.O 3CU 20 I 0 0i-011 ； OA 111 I CA■3 4C 0 045歼養股:8* J)—I ❸ 1 CP 上；0" Ilf宜■ A p. 1 i根合A H电厚i$ nc n1«® nc n"* a n i u®Y_2HB04M)voDon电机图3：驱动器与电机连线示意图驱动器有以下特点：恒流控制，极低的电源损耗，极高的开关效率，驱动电流和细分数可由拨码 开关设定，并具有半流锁定功能，脱机控制功能，所有输入信号与功率放大部分 光电隔离,散热器外壳与驱动器内部完全电隔离。

3.3传动轴的选型根据步进电机的计算公式，我们得出电机输出功率为：据：M (N・M) X n (转/分)二 9. 55 XP(W) 得：P(W) =62. 8 W据：n (转/分)二步矩角Xf (步/秒)/ 6 °得：n=300 (r/min)轴的传递转矩：T产9.55X10& £=1.55N・id11齿轮的圆周力：F 27^=2xL55 =4 2 N'乙 0.78齿轮的径向力：F广F,旦些二4X0.416=1.65Ncos/?选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能由表查得：s=650MPa, ^=360MPa, "-i=300MPa, r< = 155MPa； ^l = 60MPao据以上参数，根据我们设计要求传递动力小，对轴材料的机械性能和淬火性 能要求不高，同吋，碳钢。