新型粮面机器人行走结构的设计与优化.pdf

摘要

新型粮面机器人行走结构的设计与优化

粮食生产中最关键的就是粮食的储藏，储粮需要监测粮情、预防粮食生虫和霉变。

储粮最后且最重要的工作就是粮面的平整，粮面平整作业效果的好坏，对粮仓粮食管

理的规范化以及对储粮新技术的应用至关重要。目前，国内适于粮面作业的机械行走

机构较少，大部分粮面作业靠人工完成，效率低且有损工作人员的身心健康，现有的

履带式机械行走机构，存在结构复杂、质量大、体积大、易下陷、易倾覆、挤碾粮、

转向不便、能耗高、不易提升到粮仓粮面、控制水平不高、应用受到局限等不足之处。

因此，针对粮仓粮面作业提出并设计出一种新型粮面机器人，采用双筒四螺旋浮筒轮

作为机器人的驱动方式替代履带式行走机构，新型粮面机器人不但可以在粮面上自由

的行走，还能完成粮面平整、信息探测、粮面施药、粮面翻倒、粮面再平整等作业，

而且操作简单、转向灵活，即提高了工作效率又保护了工作人员安全。本文主要从以

下几个方面进行研究：

首先，本文针对粮仓作业环境和特点以及设计要求，选取了螺旋驱动浮筒轮作为

粮面机器人的行走方式，根据国内外对平粮机和粮面机器人以及螺旋驱动器的研究现

状，对粮面机器人的整体结构、平粮装置和控制系统进行了初步设计，并对粮面机器

人行走机构的运动功能和转向性能进行分析，构建了行走机构转向动力学模型。

其次，借助离散元仿真软件EDEM和多体动力学软件RecurDyn耦合模拟仿真粮面

机器人行走性能并进行研究。通过单因素仿真试验研究了粮面机器人行走机构在仓储

玉米含水率为14%的粮面上行走作业时，螺旋浮筒轮的螺旋升角、叶片高度、长径比

对机器人行走机构行走性能的影响和变化规律，为后面正交仿真试验提供了依据。结

合单因素仿真试验，对粮面机器人行走机构进行了正交仿真试验，确定了影响机器人

行走机构行走性能的主次因素即螺旋升角＞螺旋叶片高度＞长径比，确定了当螺旋浮

筒轮的螺旋升角为40°、螺旋叶片高度为0.15D、长径比为6时，粮面机器人行走机

构的行走性能最佳。通过粮面机器人行走机构在玉米不同含水率条件下的仿真试验，

35°0.15D6

确定了当机器人行走机构的螺旋升角为、螺旋叶片高度为、长径比为时，

粮面机器人行走机构在含水率为27%的玉米粮面上行走性能较好，当机器人行走机构

40°0.15D6

的螺旋升角为、螺旋叶片高度为、长径比为时，粮面机器人行走机构在

I

含水率为20%的玉米粮面上行走性能较好，对机器人行走机构左旋和右旋浮筒轮安装

位置进行了仿真试验，仿真结果表明，左旋浮筒轮安装在机器人的右侧，右旋浮筒轮

安装在机器人的左侧，即机器人前进作业时，两螺旋浮筒轮向外侧拨粮，机器人行走

机构的行走性能最佳，根据实际平粮作业情况，两螺旋浮筒轮最好向外侧拨粮来提高

平粮效率。

最后，对粮面机器人进行了行走与平粮作业试验，行走试验表明，粮面机器人行

走机构在不同转速下的行走效果即随着浮筒轮转速的增加，行驶速度增加的同时滑转

率也随之增加，沉陷量随着浮筒轮转速的增加而逐渐减小；在旋转运动时，机器人行

走机构在粮面上留下明显的“圆形轨迹”，轨迹半径约等于机器人车身长度；粮面机

器人在平粮作业时，平粮板选取为有齿型平粮板，速度选取占空比为100%，平粮板

角度选取为60°，平粮效果和平粮效率最好，粮面平整度为15mm，平粮能力为

2

0.037KWh/t，平粮效率为96.4m/h。

关键词：

粮面机器人，行走机构，螺旋浮筒轮，EDEM，正交设计，粮面平整

II

Abstract

Designandoptimizationofwalkingstructureofnewgrainsurfacerobot

Grainstorageist