【摘要】：除草是水稻生產(chǎn)中一個必不可少的作業(yè)環(huán)節(jié)。針對我國農(nóng)業(yè)人口老齡化、農(nóng)村空心化的現(xiàn)狀,機器人除草方法相對于化學(xué)除草方法更利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,是未來除草技術(shù)發(fā)展的趨勢。踩踏式除草利用機器人在行間往復(fù)運動對雜草進(jìn)行踩踏、切割、掩埋,同時機器人行走時產(chǎn)生的渾濁泥,抑制水中雜草的光合作用,且沉積后覆蓋株間的雜草上,破壞雜草的生長環(huán)境,達(dá)到消除行間和株間雜草的目的。機器人的參數(shù)對除草效果有很大的影響,優(yōu)化踩踏式除草機器人結(jié)構(gòu),評價其除草效果可以為機器人的設(shè)計提供依據(jù),有著重要的應(yīng)用意義。本文在分析國內(nèi)外除草機器人研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,首先針對第一代踩踏式除草機器人存在的問題,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計;然后建立了除草過程的有限元模型,包括機器人的有限元模型,水田土壤的有限元模型;研究了踩踏過程中土壤-水之間的動態(tài)行為,流固耦合特性;分析了水田除草性能的評價方法,仿真分析了機器人移動速度,前傾角,水層深度對除草性能的影響;在以上研究的基礎(chǔ)上,并通過實驗證明了分析結(jié)果的正確性。研究結(jié)果表明:增大接地面積,減輕重量和降低重心能夠解決水田機器人打滑,沉陷和側(cè)翻問題;機器人運動速度和水層厚度與除草效果呈正相關(guān),運動速度和水層厚度增大,除草效果更好,前傾角與除草效果呈負(fù)相關(guān),前傾角減小,除草效果更好。本研究對水田機器人的設(shè)計提供有效的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S224.1;TP242
【圖文】：

中央高度關(guān)注我國的糧食安全，指出糧食安全的極端重要性[6]。糧食生產(chǎn)是解決“問題”的助推劑[7]，為提高糧食生產(chǎn)能力必須開展相關(guān)科學(xué)研究和技術(shù)推廣。雜草對水稻生產(chǎn)的危害巨大，是導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的主要因素。就水稻而言，我國每雜草影響而造成的損失約為水稻總產(chǎn)量的 15%，損失產(chǎn)量超過 200 億斤[8]。水田雜伴隨水稻而生的并影響水稻生長的植物[9]。我國水田雜草種類繁多，其數(shù)量超過五[10]；禾本科最多，占 29%；莎草科次之，占 24%[11]。水田除草作業(yè)在水稻生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。在 20 世紀(jì) 50 年代之前，水田除草基只能靠人工除草[12]，農(nóng)民也會制作一些簡易的除草輔助工具，從而提高除草效率。除草的成本主要來自于人力成本，從結(jié)果來看，人工除草能夠準(zhǔn)確地除去水田里的。人工除草最大的缺點在于工作效率低[13]，即便是一個精壯勞動力，進(jìn)行一天的除作，除草面積也十分有限。隨著我國城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，大量青壯年勞動力已經(jīng)或正在農(nóng)村，國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：自 1996 年以來，我國人口持續(xù)增長，但鄉(xiāng)村人口持少，如圖 1-1 所示[14]。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文自 1990 年有完整統(tǒng)計數(shù)據(jù)以來，我國人口老齡化趨勢已經(jīng)非常明顯[15-17]，如圖 1-2示。隨著年輕人口不斷向城市轉(zhuǎn)移，人口老齡化在農(nóng)村更為嚴(yán)重。由于農(nóng)村人口減少老齡化問題，人工除草方法過于依賴勞動力數(shù)量的特點致使其已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)草的要求。

圖 1-3 抗藥性雜草生物型數(shù)量增長圖用化學(xué)除草劑會對人體造成一定程度的傷害，我國每年由化學(xué)除萬例。針對農(nóng)藥中毒狀況的研究表明：除草劑是僅次于殺蟲劑的毒農(nóng)藥[26]，病死率約為 16%。此外，化學(xué)除草劑中的有毒物質(zhì)將，對人的消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)造成長期慢性傷害[27]。致畜禽中毒的主要原因[28]，中毒后致死率接近 40%。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 邢占強;;智能化除草機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢展望[J];農(nóng)業(yè)科技與裝備;2015年05期

2 劉興林;孫濤;付聲姣;鐘國華;;水稻田除草劑的應(yīng)用及雜草抗藥性現(xiàn)狀[J];西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年07期

3 陶桂香;王金武;周文琪;牛春亮;趙佳樂;;水田株間除草機械除草機理研究與關(guān)鍵部件設(shè)計[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2015年11期

4 張文莉;陳樹人;褚德宏;;除草機器人研究現(xiàn)狀與趨勢[J];農(nóng)業(yè)裝備技術(shù);2015年02期

5 齊龍;梁仲維;馬旭;譚永p

本文編號：2761021