文献综述
一、研究项目背景
中国是人口大国，同样是农业大国，人均耕地面积只有1.2亩。农业作为国家的支柱产业之一，中国必须利用有限的耕地面积来提升粮食产量[1]。同时，随着我国城市化进程加快，农村劳动力向城市转移，农村人口老龄化造成劳动力短缺的问题日益凸显[2]。另一方面，国家强调农业要向着机械化、自动化和智能化的方向迈进，这使得近年来农业无人机产业迎来快速发展。随着农业机械研究成果的发展和5G技术的出现，无人驾驶农用机械的发展也呈现出非常可观的前景[3]。中国从农业机械化、自动化到农业智能化已经成为农业发展的必然趋势，同时技术的进步、巨大的市场需求都在推动农业与科技加速融合，无人机械将在未来的农业生产中成为主角[4]。
二、农业无人驾驶车辆与播种机构的研究成果及现状
目前世界上对于新型无人驾驶农机的研究还处于探索与尝试阶段。2017年，日本久保田公司为应对人口老龄化和农业人口减少问题，推出可自动驾驶的SL60A型无人驾驶耕作农机。该无人驾驶农机带有全球卫星定位系统和多种传感器，保证了耕作过程中的稳定性和安全性[5]。英国什罗普郡哈珀亚当斯大学的农业研究团队研发世界首台智能驾驶的拖拉机来代替人力驾驶，农民在控制室操控无人驾驶拖拉机，代替人工完成钻孔、播种以及喷洒的任务，同时无人拖拉机也可以协助农民完成农田监管工作[6]。2018年，日本洋马公司推出一款无人拖拉机，只需在操作平台上输入农场场地信息和行进路线，该款拖拉机便可利用全球定位系统完成自动行驶和耕作任务。我国在2018年于江苏省兴化市启动无人农机系统试验。其中雷沃重工研发的智能无人农机配合完成了耕地、插秧、施肥施药及收割等生产任务[7]。在作业精度、作业效率、燃油消耗等方面相比人工操纵的传统农机都显示出了一定的优势。
目前世界上对于无人农机的研究大多集中于无人飞机领域，对于地面无人驾驶车辆的研究及成果较少。但相比于无人飞机，地面农业机械在农田播种作业中有着无人飞机无法替代的作用[8]。关于机械式播种机构的设计是本次研究的重要组成部分，近年来也有很多国内外学者对农田播种机构进行了大量的创新设计与改进研究，其设计思路与研究方法对本次研究内容有着重要的参考与启发意义。
S.Kamgar [9]等人设计了一种带有排种控制装置的小麦播种机。利用安装在地轮及排种轴上的编码器，来检测地轮转速和排种轴转速，采用闭环控制的数据处理系统控制电机的运转以完成对排种量的控制。Hadi Karimi[10]等人使用信号检测技术设计了一台可进行作业性能评估的小麦播种机。该检测技术是根据下落的种子撞击传感器的力度与所产生电压值变化之间的关系来确定排种器排出种子的数量，通过编程改变播种密度。牛琪[11]等人针对华北平原地区小麦撒播时存在的秸秆拥堵、晾种等现象，设计了一种秸秆后覆盖小麦播种机，该机具有良好的通过性，播深可以稳定在30~35 mm内，可一次完成茬地旋耕、种子撒播、覆土、覆盖秸秆、镇压等多项作业任务。张小丽[12]等人针对外槽轮排种器排种时的脉动现象造成缺苗断垄和“疙瘩苗”的问题，设计了2BXJF-12型小麦播种机。该播种机配备了改进的外槽轮式排种器，并设计了落种均匀器，提高了播种均匀度。冉云亮[13]设计了一种小麦玉米两用的免耕施肥精密播种机。该机可在未经耕作的土地上进行种植小麦、玉米。能够减少机械对土壤的碾压，起到了保护土地的作用，并实现了一机两用的目标。
以上研究均从电控设备或机械结构上对播种机构的改进与优化设计。随着近年来计算机技术的发展，ADAMS运动仿真分析和ANSYS有限元分析技术越来越多地应用于农用机械设计过程，在机构运动结果反馈与刚强度优化方面起到了非常重要的作用。
尚凯歌[14]对采茶并联机构进行ADAMS逆向运动学仿真分析，得到末端执行器固定平台中心运动数据信息，通过与MATLAB运动学逆解算法所得结果作对比验证，为采茶机装备并联机构样机设计与制作提供详实理论依据。郭仓库[15]通过ADAMS运动仿真，得到了钵苗移栽机械的位移随时间变化结果。由曲线结果中位移拐点及最大位移等信息，为机构的优化及强度校核提供了重要数据参考。陈凯等[16]借助ADAMS仿真软件对马铃薯振动铲进行动力学和振动仿真分析，结果表明在平稳工作状态下，振动铲的工作频率在14~24Hz的范围内能够实现对马铃薯的最佳挖掘效果。卢琦等[17]在ADAMS软件中对谷物振动筛建立运动特性和位移方程，求解得出振动筛的最佳工作频率、最佳安装倾角以及最佳谷物输送速度等数据，对实际应用有重要指导意义。李硕等[18]通过ANSYS Workbench对已有的两种田间破膜刀头工作时的应力应变和位移情况进行有限元分析。最终对比尖状刀头的数据，可知弧形刀头的应力分布更加合理，应用中具有更好的破膜效果。张宏阳[19]在其硕士论文中利用ANSYS Workbench对打瓜机拾捡辊筒部件在各种典型工作位置受载情况进行强度分析，并通过有限元结果对原有设计进行改进，优化设计后的样机能很好的按照预期完成打瓜拾捡工作。前人利用计算机对农用机构的诸多分析方法及优化思路，对于本次毕业设计的研究具有巨大的启发和指导意义。
三、本毕业设计的目的和意义
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