机电一体化技术在农业机械中的应用_卢昊天.pdf

562023 年 5 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺机电一体化技术在农业机械中的应用卢昊天（池州学院机电工程学院，安徽 池州 247100）摘要：近年来，机电一体化技术逐渐被应用于机械制造、农业、化工、电力等领域。基于此，笔者阐述了CAD技术、GPS技术、VR技术、电子信息技术等在农业机械中的具体应用，探讨了国内外机电一体化技术在农业机械中的发展方向。应用结果表明，机电一体化技术在农业机械中的应用，有助于提高农业机械的效率和生产力，减少农业机械对环境的影响，实现农业机械的智能化调度和管理，提高生产效率和管理效益。随着科技的不断进步和创新，机电一体化技术在农业机械领域的应用，有助于实现农业机械系统的集成化、自动化，提高机械控制精度、远程监测和控制水平，助推我国农业农村现代化。关键词：机电一体化；农业机械；自动化生产中图分类号：S220；F323.3 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.0171 机电一体化的概述机电一体化（Mechatronics）是机械工程、电子工程、计算机科学和控制工程等多个学科交叉融合而成的一门学科，它通过将机械、电子和计算机技术融合在一起，实现自动化和智能化控制的目标，是将机械、电气、自动控制和计算机技术紧密结合的一种新型综合技术，能够实现对机械系统的智能化控制和自动化操作。机电一体化的主要目标是实现机械系统的自动化和智能化控制，它通过对电子和计算机技术的应用，将机械系统与控制系统紧密结合起来，从而实现机械系统的高效、精准、安全和可靠运行。机电一体化技术被广泛应用于工业、农业、医疗、家庭等各个领域，在汽车、机床、机器人、智能家居等方面都有广泛的应用1。2 机电一体化技术在农业机械中的作用2.1 实现农业机械系统集成化机电一体化技术在农业机械中的应用，对于实现系统集成化具有非常重要的作用。第一，机电一体化技术的应用可以实现各个系统之间的信息互通和数据共享。机电一体化技术将机械和电子技术相结合，通过网络传输和互联互通的方式，实现各个系统之间的信息交换和数据传输，实现系统的互联互通和集成化管理。第二，机电一体化技术的应用可以实现系统控制的一体化。机电一体化技术可以将机械控制、电子控制和信息管理等方面进行一体化控制，保证农业机械系统运作的高效性和稳定性。第三，机电一体化技术的应用可以实现系统优化的协同。机械、电子和信息技术相结合，可以实现农业机械系统的协同优化。通过机械结构、控制算法、传动系统等方面的协同优化，实现农业机械系统的高效率、低能耗和低排放2。2.2 提升农业机械自动化水平机电一体化技术在农业机械中的应用，对于提高农业生产的自动化水平具有重要作用。第一，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现智能化、自动化控制。通过机械结构、传感器、控制系统和信息管理等方面的优化，机电一体化技术可以实现农业机械系统的智能化、自动化控制。例如，通过智能化传感器检测农田中湿度、温度、光照等信息，根据信息反馈自动控制灌溉、施肥、播种等农业操作，实现农业生产的自动化和智能化。第二，机电一体化技术在农业机械中的应用可以提高农业生产的效率和质量。通过机械系统、电子控制和信息管理的结合，机电一体化技术可以实现农业机械系统的高效率运作。例如，通过智能化控制和自动化操作，农业机械可以更加高效地完成农业作业，减少人工操作，提高生产效率和质量3。2.3 提高农业机械控制精度机电一体化技术在农业机械中的应用，对于提高控制精度具有重要作用。第一，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现高精度控制。通过机械结构、传感器、控制系统和信息管理等方面的优化，机电一体化技术可以实现对农业机械系统的高精度控制。例如，在农业机械的喷洒作业中，通过传感器对气流、液体流量、喷头压力等参数进行监测，再结合作者简介：卢昊天（2000），男，安徽阜阳人，本科，研究方向为材料成型及控制。2023 年 5 月下57Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺控制系统进行自动控制，实现对喷洒液体的高精度控制，从而达到更好的喷洒效果。第二，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现精细化作业。例如，在农田灌溉操作中，通过传感器对土壤的湿度和温度等参数进行实时监测，结合控制系统实现精细化灌溉，根据不同植物的需水量进行精准调控，从而实现对植物的精细化管理。第三，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现数据化管理。在农业机械的播种作业中，通过传感器对农田土壤的信息进行采集，再结合数据处理系统进行数据分析，实现对播种的精细化管理，从而提高作业精度和效率4。2.4 实现农业机械远程监测和控制机电一体化技术在农业机械中的应用，可以实现远程监测和控制，从而提高农业机械运行的效率和管理的便利性。第一，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现远程监测，农业机械配备传感器和监测系统，对机器的运行状态、工作情况、环境条件等进行实时监测。第二，机电一体化技术在农业机械中的应用可以使农业机械实现远程控制，包括远程启动、停止、调节等功能。例如，在农业机械的灌溉作业中，通过远程控制中心对机器的启动、停止和灌溉量进行调节，实现对农田灌溉的远程控制。第三，机电一体化技术在农业机械中的应用可以实现智能化管理，通过机械系统、电子控制和信息管理的结合，机电一体化技术可以实现对农业机械操作的智能化管理。例如，在农业机械的施肥作业中，先通过传感器对土壤的信息进行采集，再结合数据分析实现对施肥的精细化管理和控制，从而提高施肥效果并减少资源浪费5。3 机电一体化技术在农业机械中的应用3.1 CAD技术CAD（计算机辅助设计）技术已经逐渐成为农业机械设计和制造领域的一项重要技术。CAD技术可以帮助农机设计人员进行数字化建模、虚拟装配和仿真分析等操作，提高农业机械的设计效率、产品质量和生产效益6。第一，CAD技术可以帮助农机设计人员进行数字化建模，将农业机械的各个部件进行数字化表示，实现三维图形的建立。在建模过程中，设计人员可以根据产品要求、制造工艺和材料特性等进行合理的构建，避免了传统手工制图的烦琐过程，提高了设计的效率和准确性。第二，CAD技术还可以实现虚拟装配，即将不同的部件按照设计要求进行组装和排列。通过虚拟装配，设计人员可以检查和优化不同部件之间的匹配度和配合性，避免了因设计错误或装配不当带来的问题，提高了农机的装配质量和可靠性。第三，CAD技术可以进行仿真分析，包括运动仿真、应力分析、温度分析等，以检测设计的可行性并优化设计。通过仿真分析，设计人员可以快速评估设计的可行性，发现设计中存在的问题，从而减少试制次数和成本，提高设计效率和产品质量7。3.2 GPS技术GPS（全球卫星定位系统）技术在农业机械中的应用已经成为现代农业生产的重要组成部分。通过使用GPS技术，农民可以更加准确地了解农田的土壤质量、植物生长情况和灌溉需求等，从而实现精准农业生产和资源利用，提高农业生产效率和经济效益。第一，GPS技术可以用于实现精准定位和导航。农业机械可以通过安装GPS接收器和导航设备，实现准确的位置和方向定位。这使得农民可以更好地控制农机的运动轨迹，从而避免重复耕种和施肥、浪费资源和时间。第二，GPS技术还可以用于实现精准施肥和灌溉。可以在农业机械上安装GPS控制系统和传感器等设备，实现对农田中不同区域的施肥和灌溉进行精准控制。可以根据土壤质量、植物生长情况和水分需求等信息进行精细化管理，避免资源浪费和环境污染，提高肥效和农业生产效益。第三，GPS技术还可以用于实现智能化的农业管理。通过将GPS技术与其他先进的信息技术结合，如云计算、物联网、大数据等，并利用农田土壤、气象和水文等方面的数据，可以建立土壤肥力、气候变化和灾害风险等预测模型，帮助农民进行决策和风险管理8。3.3 电子信息技术电子信息技术在农业机械中的应用主要体现在以下几个方面。第一，农业机械中广泛采用电子控制技术，电子控制技术包括传感器、控制器、执行器等多个部分，通过这些部件的协同作用，可以实现农机的精确定位、智能控制和数据反馈等功能。第二，电子信息技术在农机作业管理中发挥了重要作用，电子信息技术在农机作业管理中的应用主要包括作业计划、作业监控、作业分析和作业评估等方面。例如，农机作业管理系统可以通过网络和云计算技术实现作业数据的实时采集、传输和分析，从而为农机作业582023 年 5 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺提供更加精细化、高效化和可持续化的管理服务。第三，电子信息技术在农业机械的维护和保养方面也有着重要的应用，电子信息技术可以帮助农民及时检测和诊断农机的磨损和故障，为农机的维护和保养提供支持和便利。例如，农业机械中广泛采用的故障诊断和预警技术，可以通过电子信息技术实现农机故障的自动检测和报警，从而减少农机故障和损坏问题，提高农机的使用寿命和经济效益9。3.4 VR技术VR（虚拟现实）技术是一种可以实现人机交互的新技术，可以为用户提供一种身临其境的感觉，将用户带入一个虚拟的现实环境中。在农业机械领域，虚拟现实技术也有着广泛的应用，可以帮助农民进行农机的培训、操作、维护等。第一，虚拟现实技术可以用于农机的培训。通过虚拟现实技术，可以模拟出各种不同的农机作业场景，让农民在虚拟的环境中进行模拟操作，提高农民的操作技能和操作经验。例如，可以在虚拟环境中模拟出收割机在不同的作业场景下的操作流程和技巧，让农民在虚拟环境中不断练习，提高自身操作技能和效率。第二，虚拟现实技术可以用于农机的操作。虚拟现实技术可以将农民带入一个虚拟的环境中，让农民在虚拟环境中对农机进行操作，同时监测农民的操作行为和动作，提供实时反馈和指导。第三，虚拟现实技术可以用于农机的维护。通过虚拟现实技术，可以模拟出农机的内部结构和部件，让农民在虚拟环境中了解农机的构造和维护方法，提高自身维护和保养农机的能力。第四，虚拟现实技术还可以用于农机的设计和优化。通过虚拟现实技术，可以模拟出农机的工作环境和作业场景，进行各种仿真实验和测试，提高农机的性能和效率10。4 机电一体化技术在农业机械中的发展方向4.1 国外机电一体化技术在农业机械中的发展方向在国外，机电一体化技术已经被广泛应用于农业机械中，并取得了显著成效。其发展方向主要体现在农业机械设计、农业机械控制系统、农业机械维护和保养等方面。第一，在农业机械的设计中，机电一体化技术被广泛应用。例如，美国约翰迪尔公司推出的智能拖拉机，采用了机电一体化技术，配备了多种传感器和控制系统，能够自动识别土地的状态、作物的生长情况等信息，并根据这些信息自动调整拖拉机的行驶速度和方向，实现自动化作业。日本川崎重工业公司研发的智能收割机也采用了机电一体化技术，配备了激光测距仪、摄像头等设备，能够自动识别作物的位置和高度，自动调整刀具的高度和角度，实现了智能化收割。第二，在农业机械的控制系统中，机电一体化技术也被广泛应用。例如，荷兰霍兰德西克公司研发的智能农机控制系统，采用了机电一体化技术，通过多种传感器对土壤、作物、气象等信息进行实时监测和分析，自动调整农机的作业参数和行驶路线，提高了农机的自动化程度和作业效率。第三，在农业机械的维护和保养中，机电一体化技术也被广泛应用。例如，美国凯斯西储公司研发的智能化维修系统，采用了机电一体化技术，通过传感器和互联网技术对农机的运行状态和维护记录进行实时监测和管理，自动提醒维修工程师进行维护和保养，提高了农机的可靠性和使用寿命。4.2 国内机电一体化技术在农业机械中的发展方向机电一体化技术在国内农业机械中的应用也日益广泛，成为推动我国农业现代化和农机智能化的重要手段。国内机电一体化技术在农业机械中的发展方向主要体现在机电一体化自动化控制技术、机电一体化动力系统集成技术、机电一体化信息化管理技术、机电一体化智能化维修技术等方面。第一，机电一体化自动化控制技术。国内一些大型农机制造商，如山东恒久、江苏宏图等，通过在农机上安装传感器和