基于远程控制与人工操作融合技术的新型拖拉机研究

夏 焕，钱东波，岳崇勤，程家鑫

（1.上海市农业机械鉴定推广站，上海市 201601；2.山东山晔智能装备有限公司，山东莱州 261423）

1 农业技术的发展背景

自工业革命以来，农业技术经历了显著的变革，尤其是在机械化方面。从最初的手工耕作到动力驱动的机械。农业机械化的发展极大地提高了农作物的种植效率和产量。20世纪中后期，随着电子技术和计算机技术的快速发展，农业机械开始向智能化、自动化方向发展。这一时期，GPS导航、北斗自动导航等技术被应用于农业机械中，极大地提高了农业作业的精确度和效率[1]。进入21世纪，随着物联网、大数据和人工智能等新兴技术的兴起，农业机械的发展进一步加速。这些技术不仅改善了农业机械的操作性能，还使得农业机械能够更好地适应复杂多变的环境条件，提高了作业的灵活性和适应性。农业机械的智能化不仅限于提高作业效率和精度，还包括了节能减排、环境保护等方面的考虑，这对于实现农业的可持续发展具有重要意义。当前，随着科技的不断进步和减废降碳的深入推进，农业机械化正向更加自动化、智能化、绿色环保的方向发展，为实现现代农业的高效、安全、可持续生产提供了有力支撑[2]。

2 远程控制与人工操作融合的重要性

远程控制与人工操作在现代农业机械设计中的融合具有重要意义，它代表了农业机械化向更高级别的技术迈进的关键一步。随着科技的发展，农业机械不仅要求高效率和精确性，还需适应多样化和复杂的作业环境[3]。远程控制技术的引入，使得拖拉机等农业机械可以在无需操作人员直接操作的情况下完成农作任务，特别是在恶劣天气或危险环境下，远程控制可以显著提升作业安全性。同时，人工操作的保留确保了在复杂环境下的灵活性和应对突发情况的能力。此外，远程控制与人工操作的融合还有助于降低劳动强度，提高农业生产的智能化水平。在大数据、人工智能技术的辅助下，这种融合模式能够实现更高效的资源配置和更精准的农业管理，有助于推动农业生产向可持续、高效率的方向发展。综上所述，远程控制与人工操作的结合不仅是技术创新的体现，也是适应现代农业发展需求的必然选择[4]。

3 设计原理和技术细节

3.1 整体结构

本文设计的新型拖拉机的整体结构考虑了实用性和美观性。外形尺寸（长×宽×高）仅为3 050 mm×1 500 mm×1 650 mm，这种紧凑的设计使得拖拉机在狭窄空间中也能灵活操作。拖拉机的车体包含巧妙布置在车架顶部的控制舱和发动机罩，这两者顶部设计为平齐，并且相接处位于油箱正上方。这样的布局不仅在保证拖拉机高度的基础上合理利用了车架上方空间，还最大化了控制舱的空间。控制舱内部设有用于切换遥控模式和人工驾驶模式的控制系统，同时，人工驾驶模式的操作界面包括：油门、刹车和方向盘，与普通拖拉机保持一致。除此之外，前进、后退、升降及其他功能的操作也通过电控手柄和跷板开关来实现。此外，控制舱和发动机罩的设计不仅优化了操作空间，还赋予拖拉机更加美观的外形。这种设计思路充分展示了在现代农业机械设计中功能性和美观性的完美结合，展现了现代化农业机械设计的新趋势（如图1）。

图1 整体结构图

3.2 转弯结构

在这款拖拉机的转弯结构设计中，采用了两个转向座和双转向油缸系统，有效地增强了转向稳定性。这些转向座位于车架前端两侧，通过竖向轴线与车架配合转动，而双转向油缸则提供了更加稳定和精确的转向控制。车架前端设置的V型固定梁，其夹角为118°，优化了前轮的偏转角度，使得拖拉机即使在狭窄的空间内也能实现良好的转弯性能。这种设计配套100马力发动机在不挂载机具时，转弯半径仅为2 350 mm，也极大地提升了机器在狭窄环境中的机动性。与100马力的柴油发动机搭配使用时，这种拖拉机的小转弯半径显著优于传统的小型拖拉机，从而提供了更高的作业效率和更好的操作体验。特别适用于设施农业生产。这一创新的转弯结构设计，充分展现了在提升操作便利性和机械灵活性方面的先进技术应用，为现代农业机械提供了更加高效和适应性强的解决方案。

3.3 远程控制模块

在这款远程控制兼人工操作的拖拉机中，远程控制模块的设计与实施是其核心创新之一。电控变速箱位于车架中部，这一策略既考虑到了位于车架后端的后驱动发动机，也照顾到了前端的液压马达和转向油缸，这种布局不仅使得驱动模块的布置更为紧凑，还有效减少了所需的空间，使得大马力拖拉机实现了小型化和机动灵活化。这对于远程控制的实施至关重要。拖拉机的远程控制主要通过网络或卫星导航与电控变速箱信号连接，其中包括4G或5G网络，以及北斗导航系统。操作者可以通过手机APP等客户端进行远程操控，实现启停、前进、后退、转向、机具升降、刹车和油门控制等功能。为了提高操作的准确性和安全性，作业现场通常配备远程摄像头，与手机端APP联动，操作者可以根据摄像头反馈的画面进行精准操控。这种远程控制模块的设计不仅提高了作业的灵活性和效率，还为拖拉机在复杂环境中的作业提供了可靠的技术支持。

4 远程控制与人工操作融合的优势

4.1 提高农业作业效率

远程控制兼人工操作的拖拉机在提高农业作业效率方面具有显著优势，首先，远程控制功能使得拖拉机可以在不同环境下进行更加灵活的作业，减少了因地形或天气条件不佳而导致的作业中断。操作者通过远程控制系统可以实时监控和调整拖拉机的作业状态，从而提高作业的连续性和稳定性[4]。其次，人工操作模式的保留确保了在需要精准操作或应对复杂情况时的高效性。拖拉机的先进设计，如小型化的转弯半径和高效的动力输出，也大幅提升了作业效率。此外，通过电控变速箱和优化的驱动布局，拖拉机能够更有效地适应不同的作业要求，减少了能源消耗和操作成本[5]。综合来看，这种拖拉机的设计不仅提高了作业效率，也为农业生产的现代化和智能化发展提供了强有力的技术支持。

此外，远程控制兼人工操作的拖拉机在提高农业作业效率方面还体现在其对作业时间的优化上。由于能够远程操作，拖拉机可以在一天中的不同时间段进行作业，充分利用时间资源，特别是在人工操作不便的夜间或恶劣天气条件下[6]。这种灵活性大大减少了因环境因素导致的作业延迟，确保了农业生产的连续性和高效性。同时，远程控制系统的精准性减少了作业过程中的误操作和重复作业，进一步提高了作业效率[7]。总之，这种拖拉机的技术创新为农业生产提供了更加高效、灵活且可靠的作业方式，有助于推动农业生产的现代化和智能化。

4.2 提升作业安全性

远程控制兼人工操作的拖拉机在提升农业作业安全性方面发挥着关键作用，通过远程控制系统，操作人员可以在安全的地点对拖拉机进行操作，避免了直接接触危险环境，如恶劣天气或复杂地形，从而显著降低了作业风险。同时，该系统还配备了先进的传感器和四周避障雷达，能够实时检测周围环境，自动避免潜在的障碍物，进一步提高了作业的安全性[8]。另外，人工操作模式下，拖拉机的设计考虑到了操作者的舒适度和易用性，确保在必要时可以进行精准且安全的操作。综上所述，这种拖拉机的设计在保障作业安全性的同时，也提高了整体的作业效率，为现代农业的发展提供了有力的技术支持。

此外，远程控制模块的实施还显著提升了作业的安全性，尤其是在复杂或危险的农业作业环境中。通过远程操控，操作人员无需直接置身于作业环境中，从而极大地减少了由于操作不当或环境风险所带来的安全隐患。此外，智能化的遥控系统能够实时监控和调整作业状态，及时应对突发情况，降低意外事故发生的概率。远程控制系统的引入，不仅提高了拖拉机作业的安全性，也为农业工作者提供了一个更加安全、便捷的作业环境。

4.3 应对复杂环境的能力

远程控制兼人工操作的拖拉机在应对复杂环境中展现出卓越的能力，这主要得益于其先进的设计和多功能性。拖拉机采用的电控变速箱和优化的驱动系统使得它能够在不同地形和不同作业条件下保持高效稳定的性能。例如，在泥泞或不平坦的地面上，拖拉机能够通过其四驱系统和智能避障功能有效应对挑战，保持作业的连续性和效率[9]。远程控制系统使得操作者可以远离现场，通过网络或卫星信号实时监控和调整拖拉机的状态，从而有效应对复杂环境带来的挑战。此外，拖拉机的紧凑设计和优化的转弯半径也为其在狭小空间中的操作提供了便利。总之，这种拖拉机的设计不仅考虑了作业效率和安全性，还特别注重在复杂环境下的适应性和灵活性，为现代农业提供了强有力的技术支持。

此外，远程控制兼人工操作的拖拉机在应对复杂环境方面的能力还体现在其对于环境变化的高度适应性无论是在湿滑的土地上，还是在坡度较大的丘陵地带，拖拉机都能通过其智能传感系统和灵活的驱动方式保持稳定。特别是在视线受限或难以直接到达的区域，远程控制功能允许操作员从安全的地点进行精确操控，从而大幅提高作业的可行性和安全性。拖拉机的这些功能使其成为现代农业，特别是在复杂和多变的农业环境中不可或缺的工具。

4.4 人工操作与远程控制的切换更加灵活

远程控制兼人工操作的拖拉机在人工操作与远程控制之间的切换灵活性方面取得了显著的进展，这一特性对于提高农业生产的效率和安全性至关重要。首先，该拖拉机的设计允许操作者根据具体作业需求在人工操作模式和远程控制模式之间自由切换。在人工操作模式下，操作者可以像传统拖拉机一样使用油门、刹车和方向盘来进行精确的控制，这在需要高度操作精度或处理特殊情况时非常重要。而在远程控制模式下，操作者可以远程操控拖拉机，无需直接置身于作业现场，从而避免了危险环境和恶劣天气对操作员的影响，同时也提高了操作的安全性。其次，这种拖拉机配备了先进的遥控系统，操作者可以通过手机APP等客户端实现遥控，实时监控和调整拖拉机的状态。这种远程遥控功能不仅提高了作业的灵活性，还允许操作者在不同的位置和时间进行操控，极大地提高了作业的连续性和效率。尤其是在需要长时间作业或需要覆盖大范围的农田时，远程控制的优势尤为显著。总的来说，远程控制兼人工操作的拖拉机在人工操作与远程控制的切换灵活性方面表现出色。这一特性使得拖拉机能够适应不同的作业需求和环境条件，提高了农业生产的效率和安全性。它代表了现代农业机械设计的创新方向，为农业的可持续发展提供了强大的技术支持。

5 结论

远程控制兼人工操作的拖拉机在农业机械化领域具有重要的创新意义。这种拖拉机的设计集中体现了现代农业对高效率、安全性和应对复杂环境的需求。通过整合远程控制和人工操作，拖拉机不仅提高了农业作业的效率和灵活性，还显著提升了作业安全性，特别是在复杂或危险的环境中。紧凑设计和优化的转弯半径使其在狭窄和不规则的农田中表现出色。

远程控制兼人工操作拖拉机的开发为现代农业机械化提供了一种新的解决方案，不仅提高了作业效率和安全性，也展示了农业机械设计的创新趋势，为农业的可持续发展提供了强有力的技术支持。