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1、车载式绿篱修剪机的无线遥控车载式绿篱修剪机的无线遥控第 42 卷 2011 年 3 月工程机械 InformationandIntelligentization第 42 卷 2011 年 3 月工程机械 InformationandIntelligentization信息化车载式绿篱修剪机的无线遥控与智能化雒晓辉，赵悟，杨力超（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室）!“ !“摘要：基于公路养护设备的自动化控制要求，根据车载式绿篱修剪机的工作参数及性能指标，提出一种利用无线遥控技术对其进行智能化控制的技术方案，介绍控制系统的结构原理与硬件组成。通过对试验样机的实际测试，该遥控系统可通过便携
2、式控制器实现工作装置的动作控制，减轻操作人员的劳动强度。对存在的控制精度不足及可靠性问题进行分析，并提出改进措施。系统!“ 结构简单,经过改进也可用于其他设备的控制。!“ 关键词：车载式绿篱修剪机；遥控系统；发射单元；接收单元 随着我国高速公路的快速发展以及人类环保意识的日益提高，高速公路绿篱以及城市绿化面积不断增加，人们对绿篱修剪的造型、平整度及修剪速度的要求也越来越高。车载式绿篱修剪机突破传统的人工修剪模式，大幅度地提高了劳动生产率和修剪作业质量，成为高速公路及园林养护必不可少的设备之一。该机控制方式采用无线遥控方式，提高了操作人员的作业舒适性及安全性，体现了自动化技术应用于养护机械的优越
3、性 1。 1 车载式绿篱修剪机参数及结构简介整机主要工作参数：承载车型号江铃轻卡双排长轴系列修剪绿篱速度（ km /h） 4修剪幅宽(mm) 1 500修剪高度（ mm） 1003 000刀片切削角速度（ r/min） 3 000整机总质量（ kg） 1 350产品样机如图 1 所示。车载式绿篱修剪机整机结构由底盘回转总成、伸缩臂结构、刀盘翻转总成、刀头总成及附属设备等组成。其中，底盘回转总成通过液压马达驱动小齿轮，使其既作自身回转运动，又沿回转支承大齿圈周边作回转滚动，实现整个底盘的回转动作；通过伸缩液压缸、伸缩臂变幅液压缸及用于刀盘翻转的蜗轮蜗杆机构实现整机不同修剪姿态的调整，整机结构示意
4、图如图 2 所示。 作者简介：雒晓辉（ 1985） ，男，陕西凤翔人，在读硕士，研究方向：机械设计及理论。 1 InformationandIntelligentization 工程机械第 42 卷 2011 年 3 月InformationandIntelligentization 工程机械第 42 卷 2011 年 3 月信 2 无线遥控系统原理及基本要求息化车载式绿篱修剪机的电气控制系统是通过对与伸缩臂的伸缩液压缸、变幅液压缸，支承底盘回转智能马达，刀盘翻转马达以及刀片驱动电机的工作参数化的改变与调整，实现对高速公路（园林）绿篱及草坪不同工位的修剪或简单造型。整机主要控制功能及相关工作参
5、数如表 1 所示。 表 1 绿篱修剪机主要控制功能 功能类型控制方式发电机开 /关电磁开关主刀旋转开 /关继电器液压泵站启动 /停止继电器伸缩液压缸伸出 /缩回电磁阀变幅液压缸举升 /下降电磁阀回转底盘回转电磁阀刀盘翻转电磁阀2.1 车载式绿篱修剪机无线遥控系统的组成绿篱修剪机无线遥控系统由主端系统、从端系统和通信系统 3 个子系统组成。主端系统由发射单元构成；从端系统由接收单元构成；通信系统由发射模块和接收模块及监控设备组成。发射单元接收到操作人员的指令信号后，经数字编码将其转换为电磁波信号，而被接收单元所接收，经控制系统驱动液压、电气系统上相应的电磁铁或继电器，从而使绿篱修剪机按照指令信号
6、完成相应动作，绿篱修剪机控制系统总体框图如图 3 所示。 2.2 车载式绿篱修剪机无线遥控系统的功能要求绿篱修剪机无线遥控系统应满足以下功能要求： 1）具有良好的抗噪、抗干扰能力，不受其他作业设备或者工业等无线电信号的干扰，因此要采取差错校验等各种抗干扰措施； 2）具有较快的反应速度及较高的准确性，遥控系统对实时性有较高的要求，以提高作业效率，减少操作者因不习惯而产生的误操作；遥控系统的指令应具有唯一性，不能因传输或译码等环节出错而产生执行机构的错误动作； 3）具有良好的安全性、可靠性，发射系统所传送的连续信号因外界因素中断，接收系统能自动关闭而使执行机构无输出，以避免绿篱修剪机切削刀片高速旋
7、转作业时发生安全事故； 4）具有良好的操作性及足够的控制范围，遥控控制器的有效控制范围应不小于 100 m，质量轻，并符合操作人员的操作习惯 2。绿篱修剪机的遥控通信系统既要完成对从端作业系统的控制，还要完成对作业环境的实时监视。根据实地作业情况，将控制指令通过无线遥控方式实时传送到从端系统，而且还要能够准确地判断绿篱修剪机的实时状态，并及时地调整修剪机的姿态，以适应不同的修剪造型要求。 3 车载式绿篱修剪机无线遥控模块设计绿篱修剪机的无线遥控系统是在有线控制系统（见图 4）中加入了信号收发及数据转换处理模块，其中，利用通信串行端口（ COM1、COM2）对主刀电机、各液压马达及液压缸进行指令
8、输入与控制，其无线遥控系统主要电路如图 5 所示。 3.1 遥控系统发射单元设计绿篱修剪机遥控系统发射单元的主要功能是对操作人员的遥控命令进行编码，输入到发射模块中，遥控系统过程控制中信息采集有开、关两种状态，绿篱修剪机的一些开关状态需要经开关量输入通道输入到单片机系统。将现场控制的各种按钮设计在遥控器的发射端上，这样远程操作发射端就可以控制面板上的操作按钮，单片机检测到后就启动相应串口发射程序，由无线数传模块发射数据，供接收端接收，从而控制现场绿篱修剪机的运行状况，发射端硬件构成图如图 6 所示3。根据绿篱修剪机执行动作的要求，其遥控系统通过对液压系统中各电磁阀及主刀电机、底盘发电机开关的控
9、制，实现对绿篱修剪机姿态的调整和作业工况的控制，其发射单元电路示意图见图 7。德国 HBC 公司 FSS 系列无线遥控器按控制方式可分为按键式、摇杆式和固定式 3 种；按输出方式可分为开关量输出和模拟量输出，产品的核心部 2 第 42 卷 2011 年 3 月工程机械 InformationandIntelligentization第 42 卷 2011 年 3 月工程机械 InformationandIntelligentization信息化与智能 3 InformationandIntelligentization 工程机械第 42 卷 2011 年 3 月InformationandIn
10、telligentization 工程机械第 42 卷 2011 年 3 月信分是高频模块和双 CPU 检测电路，抗干扰性强，体息积小，可靠性高，其技术优势的关键在于首先将跳化频技术（ FHSS，Frequency-Hopping Spread Spectrum）与应用于工业无线遥控系统中。遥控发射器采用 智FSS735 系列遥控发射器。能化德国 HBC 公司 FSS735 系列产品技术参数：发射系统按键式重量（ kg）控制点（个） 约 2.640工作频率（ MHz） （可选） 70470高频信道（个） 1 或 128调频方式 FSK 移频式电源（ V） 12输出功率（ mW） 5有效工作距离
11、（ m）100工作时间（ h） 816天线内置式使用环境温度（ ）2570防护等级（ IP） 55专用地址 217（17 位） 3.2 遥控系统接收单元设计遥控系统从端系统的接收单元接收到发射单元发射的载波信号后，经接收电路和接口电路进入解调器电路，从载波中恢复数据代码。解调后的数据代码送入解码器电路，解码器将解读正确的代码信号送到译码器电路，经译码器译码后驱动相应的继电器工作，其工作原理方框图如图 8 所示。根据绿篱修剪机系统的设计要求以及遥控系统收发单元的匹配原则，接收系统选用 FSE735 系列产品。其工作特点是每当有模拟量遥控指令信号发射时，在接收机上都产生一个微动开关的动作信号，绿篱
12、修剪机利用此信号控制中间继电器，每当有模拟信号时才对电磁阀控制模块产生控制作用，否则对执行元件没有任何输出，减少了工作装置产生误动作的可能性，减少了安全隐患，整机无线遥控系统发射单元为便携式控制器，接收单元实物如图 9 所示。 4 存在的问题通过对车载式绿篱修剪机样机各工况作业的测试，无线遥控系统出现的问题与不足：（1）控制系统的实时准确精度不足。在控制绿篱修剪机进行作业时，从指令发出到执行存在 23 s的延迟，而且视频信号存在 57 s 的滞后，降低了控制系统的整体精度。（2）控制系统的稳定性及可靠性问题。因绿篱修剪机工作环境复杂多变，高速公路行车相对运动所产生的多普勒频移，加上通信电波在传
13、播过程中的衰减损失，使得无线电信号稳定性降低，使接收系统的信号强度发生波动。道路施工及周围邻近工业噪声及其他无线电波的干扰，造成了遥控通信数据传输的错误，影响了绿篱修剪机的作业质量及作业效率。一方面，控制系统实时精度不足，通信速率过慢主要受到短波波段的限制，通信速率愈高，调制解调器的纠错能力就愈低，影响了系统的遥控距离，因此可以采用全双工通信的方法来提高通信速率，减小信号收发的滞后性，提高控制系统的整体精度。另一方面，应采用合理有效的措施来提高系统的抗干扰能力。因为信号衰减及干扰的产生均是随机的，即数据产生误码也是随机的，因此采用信道编码方式，选（下转第 35 页） 4 第 42 卷 2011
14、 年 3 月工程机械 TestandResearch 第 42 卷 2011 年 3月工程机械 TestandResearch向尺寸与纵向推力杆尺寸的差值为 -150 mm、-50 mm、0 mm、50 mm 和 225 mm 时的匹配性仿真特性曲线，其中尺寸 225 mm 对应原设计。从图 5 可以发现，转向直拉杆与纵向推力杆尺寸相等时，仿真曲线为一条根据原点对称分布的直线。从图 6 可以发现，球铰副 B 在横向位置的变化对转向系与油气悬架导向机构的匹配性没有影响（曲线重合） 。由上面的分析可推导出：当转向直拉杆水平布置且与纵向推力杆等长时可以满足转向系与油气悬架导向机构的匹配性要求。对其进
15、行仿真分析，结果显示干涉转角在车桥相对车架体的跳动范围内基本为零，很好地验证了上述结论，见图 7。 3.3 调整悬架导向推力杆法保持转向系不变，通过调节悬架导向推力杆与车架体连接的球铰副位置，也可以达到使转向系与油气悬架导向机构匹配的目的。悬架导向推力杆与试车架体连接的球铰副的位置变化对匹配性的影响验 与转向直拉杆的球铰副类似，具体分析不再赘述。 研4 结束语究针对某型全地面起重机在运动中存在的转向系与油气悬架导向机构的运动干涉问题，运用多刚体动力学软件 ADAMS 建立仿真模型，通过调整转向直拉杆的方法进行仿真分析，得出了转向直拉杆水平布置且等长于纵向推力杆时可以满足转向系与油气悬架导向机构
16、匹配性要求的结论。在本方法的指导下，对某型全地面起重机进行设计改进，取得了良好的效果。参考文献 1王小刚，陈冲 .基于虚拟样机技术的汽车空气悬架系统导向机构设计 J.汽车技术， 2008（10）:35-40. 2姬鹏，杨树凯，朱天军.导向机构对悬架定位参数影响的仿真分析 J.拖拉机与农用运输车，2008，35（1）： 22-23. 3唐憬憬，邓楚南 .空气悬架导向机构对汽车操纵稳定性的影响 J.轻型汽车技术，2008（1）： 8-10. 4牛多青，尹成龙，朱林，等.汽车转向系与悬架系统匹配优化设计 J.机械工程师， 2007（8）:53-55. 5阎以勇 .汽车起重机双桥转向摇臂机构优化设计 J.工程机械， 1986（5）:23-34.通信地址：湖南长沙远大二路中联泉塘工业园工程技术部产品一所（ 410100） （收稿日期： 201
