一种精准施肥四足机器人设计

摘要

我国南方湛江地区茶园多处于红壤丘陵地带，地形起伏大、地表沟壑纵横，传统轮履式施肥机械存在越障
能力弱、施肥精度低、易压实茶树根系等技术瓶颈，难以满足精准农业“减量增效”的农艺需求。为解决丘陵茶园
非结构化环境下的精准施肥难题，本文研发一款四足仿生精准施肥机器人。基于SolidWorks完成整机参数化建模与
虚拟装配，采用12自由度仿生四足底盘、模块化储肥单元及穿刺-螺旋复合式输肥机构，结合STM32嵌入式控制系
统与多传感器感知模块，实现茶园自主导航、定点深施与变量施肥功能。通过SolidWorks Simulation功能模块对输肥
臂支架开展静力学有限元仿真，验证关键承力部件在极限载荷下的强度与刚度储备。试验与仿真结果表明：该机器
人可稳定攀爬≤30°斜坡、跨越100mm深沟壑，地形适应性较传统农机显著提升；输肥臂支架最大应力36.8MPa，
低于材料屈服强度，结构安全冗余充足。研究成果为丘陵茶园智能施肥装备研发提供了新的技术方案，对推动南方
丘陵山区特色经济作物生产机械化、智能化具有重要工程价值。