機電一體化技術在農業機械中的應用

董慧鋒

(鄭州工業應用技術學院機電工程學院，河南 鄭州 451100)

農業機械的現代化是現代農業發展的標志，它不僅可以提高農業生產效率，減輕勞動強度，而且可以促進農業機械與農學的融合。為了實現現代農業，增加農民收入，必須提高農業機械的科學技術含量和智能水平，這也是生態農業的必然要求[1]。機電一體化技術在促進農業生產機械化以及農業機械的自動化和智能化方面發揮著重要作用。

1機電一體化技術概述

機電一體化技術涉及電工電子技術、機械技術、自動控制技術及計算機科學技術等多個學科，隨著多學科的發展、融合，而逐漸形成和發展起來的一門多學科結合的新興技術。

1.1提高了農業機械操作的安全性，降低了機械故障率

現代農業機械設備基本上都應用了機電一體化技術，通常具有故障自診斷、安全防護及報警顯示等功能。在操作農業機械設備時，如果出現突發故障，應用了機電一體化技術的設備能依據檢測到情況采取相應的安全機制，從而避免機械設備對人身造成傷害，保障操作人員的人身安全。由于農業機械設備中普遍采用電子元器件，使現代設備中的機械結構和容易損壞及磨損的零部件得以減少，使各部位模塊化，減少機械內部空間的占用，為其他智能零部件的添加創造了條件，同時也使農業機械設備的可靠性得以提高，延長了設備的使用壽命得，降低了機械故障率[2]。

1.2工作效率和產能得以提高

現代農業機械設備基本上都應用了機電一體化技術，這些設備也都具有系統自動控制、采集系統信息等功能。通過農業機械設備自身的自我監控系統，檢測其內部系統工作狀態、明確作業區域、作業參數，從而控制農業機械進行作業，這大大提高了機械系統的靈敏度及規劃作業的能力，也使由人員操作不當引起的故障率得以降低，實現最佳作業操作，繼而獲得最高工作效率。

1.3操作性得到改善

由于現代化農業機械設備大都采用了自動控制、數字控制技術，使設備內部的運動零部件得到精簡，加之農業機械整體設計更加人性化，農業生產機械的操作也變得更加直觀和方便[3]。現代農業機械都是由依據預定的程序通過自動控制系統指揮農機設備的整個作業過程，完成農業生產[2]。智能化的農業機械設備還能通過感知作業對象、作業環境，匹配系統中預先保存的農作物模型數據信息，農業機械作業的環境信息，然后通過農業機械的控制系統做選擇合適的作業方式，完成農業生產。

1.4適應性強、功能多樣

與傳統農業機械設備相比，應用了機電一體化技術的現代化農業機械設備，集作業路徑自動規劃、自診斷功能、作業參數自動調整、安全防護以及智能化等多重功能于一體，基本能夠實現系統自動控制，可以適應各種農業生產，可根據作業對象、作業環境的不同調整作業方式，完成作業[1]。

1.5安裝、維護方便

現代化農業機械，由于應用了機電一體化技術，可以根據不同的使用中需求及作業對象、環境參數的變化，通過改變系統的控制程序來實現作業方式的改變。機電一體化技術的廣泛應用使現代農業機械具備了更大的柔性，可以在不改變機械結構的情況下，完成對不同作業對象的作業，比如，利用聯合收割機能完成小麥、大豆等作物的收獲。而且現代信息技術、自診斷、遠程診斷技術的運用，對農業機械設備后續的維護提供了更大的方便[4]。

2農業機械領域機電一體化技術的應用

2.1計算機輔助設計在農業機械中的應用

計算機輔助設計是一項綜合技術，將計算機圖形、數據庫和網絡通信以及其他領域集成在一起，使設計人員可以在計算機的幫助下設計、修改、優化、輸入和仿真產品。計算機輔助設計的應用大大提高了農機設計的效率，縮短了開發周期。計算機輔助設計可以幫助研發人員進行常用農機的運動學和動力學分析，以及農機的空間多力分析。計算機輔助設計廣泛應用于農業機械的設計中，通過設計軟件建立犁體的數學模型，并進行參數化修改以提高犁體的設計效率。一些功能模塊，變速箱設計模塊，懸架參數設計模塊等的計算機輔助設計，可以實現旋耕機的整體設計，并獲得最佳參數[3]。

2.2在線監測技術在農業機械中的應用

為了方便維修技術人員及操作者查看農業機械運行狀態和內部參數，實時掌握農業機械設備的運作狀態信息，在農業機械設備的儀表、操作面板部分普遍應用機電一體化技術。

2.3高精度GPS系統在農業機械中的應用

利用GPS差分技術、傳感器技術、聲波技術等，獲取農業生產環境參數、三維信息等，通過計算機軟件處理后提供給農業機械。該技術可以及時提供農業機械的過程信息，實時控制機械運行狀態信息，并實現其精確的執行過程。特別是對需多種農業機械設備進行集群作業時，為設備調度管理人員提供方便，可以極大的發揮多設備協同作業的工作效率[5]。

2.4機器視覺技術在農業機械中的應用

機器視覺就是是利用包括圖像處理、模式識別或圖像識別、景物分析、圖象理解技術，讓機器可以象人一樣感知作業對象。運用機器視覺技術可大大提高農業生產效率，為農業生產、管理的自動化和智能化提供技術支持。目前，在農產品篩選分級、果蔬采摘機械等方面機器視覺已經得到了廣泛的應用。

3農業機械機電一體化的發展趨勢

現代農業機械在往光、機、電一體化的方向發展，光機電一體化是在融合傳統的機電一體化技術的基礎上，融合計算機技術、激光技術等形成新技術。應用光機電一體化技術的現代農業機械能夠實現無人化、標準化作業。

農業機械和設備的靈活性，智能性和數字化集成。靈活性是自我分配的系統化，是一種可以獨立工作并為整體服務的系統的建立，因此，即使子系統出現故障，對農業機械工作的影響也不大，從而提高了農業的利用率機械故障率降低[2]。機電一體化技術的發展不斷提高了農業機械的智能性。在模糊技術和計算機信息技術的驅動下，農業機械的整體智能水平不斷提高[5]。

微機電和農業機械的信息化。隨著材料成型技術的進步，特別是納米技術和蝕刻技術的發展，機械零件和電子元件不斷減少，因此農業機械也可以小型化。農業機械設備的小型化和信息化也為農業設備的智能化提供了條件。

4結語

綜上所述，機電一體化技術的出現是多學科融合發展的結果，是農業機械發展的必然要求。加大機電一體化技術的應用，可以使農業機械在以下幾個方面得以提升。

(1)提升了農業機械的智能化水平：隨著微電子技術、自動控制技術和計算機編程技術在農業機械設備中的應用，使農業機械整體的智能化水平得到提高。農業機械智能化的發展趨勢不僅對農機內部結構進行了優化設計，還使得農業機械可以根據不同作業對象、作業環境完成作業任務，使得農機的利用率大幅上升。

(2)增加了農業機械和設備的功能：機電一體化技術是一系列技術的有機整合，包括機械、微電子、計算機信息技術、自動化技術、物聯網技術、軟件技術以及電氣和電子技術。如此眾多的技術應用賦予了農業機械設備許多強大的功能。如此眾多強大功能的整合，已經形成了可靠性高，功能多，質量好，能耗低的農業機械設備的發展趨勢。

(3)提高農業機械設備的自動化水平：機電一體化技術在農業機械設備中的應用提高了農業機械設備的信息化和自動化水平，尤其是導航信息技術的應用，使農業機械設備的運行更加準確，標準化得到了進一步提高。隨著農業機械設備自動化水平的提高，農業生產效率也得到了提高。

(4)農業生產過程的人性化：在農業機械和設備中使用遠程診斷，故障診斷，安全保護和人體工程學設計，使農業機械的操作更加舒適，靈活和高效，并且使農業機械的維護和維修更加便捷方便。