农用机器人底盘设计
龚兴淋、詹泽锦、王少飞、蔡宇航、杨浩
- 需求分析
1.1需求背景
农业机器人在未来具有很大的市场，根据《人工智能在农业领域的市场研究报告》报告，预计全球农业人工智能市场的收入预计将从8.522亿美元增长到83.795亿美元，预测期间(2020-2030年)的复合年增长率为24.8%。科技部在《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》就明确提出把服务机器人产业培育成我国未来战略性新兴产业。按照销量年均12%增长，售价14万美元一台计算，至2021年，全球农业机器人的销售量将超过1.4万台，销售额将超过20亿美元。
图表来源：农业机器人行业发展分析https://www.sohu.com/a/_
在本组项目中，计划设计组装一台结构简单、可靠且具有一定负载能力的农用农用机器人底盘。同工业机器人或者其他领域机器人相比，农业机器人工作环境多变，以非结构环境为主，工作任务具有极大的挑战性。因此，其在工作过程中对底盘有着非常高的要求。
首先，底盘主体运动方式履带式与轮式的选择。将该农用机器人工作环境定位田间土壤地，履带式底盘相较于轮式具有更好的稳定性，也不会对地面造成损伤。并且其与地面接触面积大，即使在雨天工作也不易发生打滑。
图2 轮式底盘和履带式底盘
其次，在田间工作，常常会遇到一些障碍物，如石头等。因此，该机器人需要一定越过障碍物的能力，同时能保证其行进稳定，不发生侧翻，悬挂系统的加入显得非常重要。但该项目实际进行过程中考虑经费和难度等条件，将其预定工作环境设为平整的路面，悬挂系统就显得无足轻重。考虑各方条件，同时为达到良好的演示效果，最终选择未附带悬挂系统的履带式底盘。
1.2具体需求及解决方案
由于该农用机器人整个底盘已经确定为履带式底盘，最主要的需求有三个：确定该机器人动力来源及传动方式；保证机器人能够实现转向；设计合适结构对其他如电路模块等组装至机器人地盘上。
该农用机器人动力源选择一个功率足够，转速合适的直流永磁电机。购买的履带底盘附带一个减速箱，传动方式选择皮带传动，将电机动力输送至减速箱从而带动履带轮实现整体的前进与后退。
该机器人底盘两次分别带有一个刹车离合，拉动时对一侧履带进行制动，从而实现两侧差速，此时可以完成转向。为解决该问题，我们选择了两个大力矩舵机来拉动离合，并且设计结构将舵机离合系统安装在地盘上。
对其他模块的组装主要包括电机、舵机、电路板以及铅蓄电池。如何在机器人地盘上划分这些器件的安装位置以及设计合适的安装结构是这一部分的工作重点。
2．设计方案-设计思路
2.1结构原理图
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