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大赛作品详情

作品名称：集群式高适应性无人播种机器人系统
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：播种一体化机械研发队
队伍编号：211492
参赛学生：景天浩李荣豪赵文一刘靖雯
指导老师：陈玉龙
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

集群式高适应性无人播种机器人系统

一、开发背景

随着农业智能化发展，精密播种成为现代农业核心需求，但传统农业装备存在两大核心痛点。一是地块适应性与效率矛盾，传统大型农机在小地块、不规则地块作业时机动性差、掉头半径大，还易压实土壤，综合效率低、成本高；二是复杂工况播种精度不足，高速作业或免耕（秸秆覆盖）环境下，传统播种机难以保证播深一致和株距稳定，且主流检测方法易受环境干扰，无法直接监测种沟内落种位置，检测结果与实际播种质量存在偏差。

为此，本产品通过 “小型集群” 协同作业模式替代传统 “大型单机” 模式，结合终端检测技术，打造集群式高适应性无人播种机器人系统，实现大规模农田高效精准播种。

二、结构说明

（一）移动底盘

作为高机动性承载平台，采用高强度金属主车架，结构坚固耐用。驱动系统为四轮独立电机驱动，搭配后轮可控转向机构，转弯半径小，能灵活适配小地块和不规则地块作业；车架上部配备警示灯，保障作业安全。

（二）播种执行单元

核心工作机构集成多项功能，精准适配复杂工况：

仿形机构：采用平行四连杆机构，可随地表起伏调整，维持开沟器与地面垂直，保证播深一致。

深度与下压力控制：通过橡胶限深轮精确限定开沟深度，下压力弹簧提供可控下压力，确保开沟器入土稳定。

免耕播种组件：开沟器前方设清秸装置，清除秸秆残茬，适配免耕环境；种子经导种管落入开沟器，后方覆土铲完成覆土。

升降与微调机构：电动推杆控制播种单元整体升降，手动螺纹微调机构实现播深精准微调。

高速适配装置：搭载可变形智能调控导种装置，能动态调整导种管曲线，适配 6-10 km/h 高速作业，减少种子弹跳，保证落种精准。

（三）复合控制系统

作为机器人 “大脑”，负责导航控制与集群协同：

导航模块：采用 RTK-GPS 模块，提供厘米级高精度定位和航线规划，为集群协同奠定基础。

主控系统：基于 ArduPilot/ArduRover 架构的地面站软件，支持航点路径设置、PID 参数微调，可实现多机协同控制与任务动态分配。

三、设计原理与方案

（一）设计原理

集群协同：借助 RTK-GPS 厘米级定位与主控系统，将 “大型单机” 转变为 “小型集群” 并行作业，既灵活适配不规则地块，又提升整体作业效率。

环境自适应：针对地表起伏，通过平行四连杆仿形机构调整角度；针对秸秆覆盖，用清秸装置清除残茬；针对高速作业，靠可变形导种管减少种子弹跳，确保不同工况下播深与落种精准。

精准控制与反馈：通过橡胶限深轮与下压力弹簧固定播深，预留传感器接口，可实时检测播种状态并微调参数，形成闭环控制。

（二）设计方案

移动底盘：采用高强度金属车架，搭配四轮独立驱动与后轮可控转向，配备警示灯保障作业安全。

播种执行单元：整合仿形、限深压力控制、清秸 + 覆土、电动推杆升降 + 手动微调、可变形导种管等功能，一站式完成播种作业。

复合控制系统：以 RTK-GPS 导航确定位置，通过基于 ArduPilot 的地面站软件设置路径、调整参数、控制多机协同，支持 10 台以上机器人同步作业。

四、产品特色

（一）创新性

作业模式新颖：摒弃传统 “大型单机” 模式，采用 “小型机器人集群协同”，结合高精度定位与主控系统，多机并行作业，既适配不规则地块，又能提升效率、减少土壤压实。

自适应技术先进：集成免耕高速播种单元，通过仿形机构适配地形、清秸装置适配免耕环境、可变形导种管适配高速作业，解决不同工况下的播种精度问题。

检测控制精准：预留柔性传感器接口，可直接监测种沟落种状态，结合闭环控制，让播种反馈更直接、调控更精准，弥补传统检测方式的不足。

（二）可行性

技术成熟：核心技术（RTK-GPS、开源控制系统）已广泛应用，机械结构（四轮驱动、四连杆机构）简单可靠，加工成本可控。

贴合需求：聚焦小地块、免耕环境的播种痛点，集群模式可灵活调整机器人数量，适配不同农田规模，市场需求明确。

易维护：模块化设计让各部件功能独立、联动顺畅，便于组装调试；关键部件结构简洁，减少泥土损耗，降低维护成本。