智能高位作业调平平台
成果类型:: 软件著作权
发布时间: 2025-10-20 10:30:12
该成果针对丘陵山区果园作业的环境条件,开展了智能调平技术和底盘控制技术研究,完成了履带式果园作业平台行走底盘的研发、改进工作,完成了果园作业平台的升降与调平功能总体方案布局,以及状态识别、安全报警、机电液系统的整体控制和智能调平总体控制方案,设计完成了基于剪叉折臂式的自动调平平台。平台采用平行四边形机构实现纵向调平,采用三铰接点侧倾调平模式实现横向调平,电路系统提供多路控制接口驱动比例电磁阀及数据采集接口与传感器实时通信,实现精准调平。针对果园双轴作业平台在地面角度干扰下的自动调平控制问题,提出了复合控制新方法并设计了耦合控制器,实现了调平的同步准确且保证了双路阀控系统的性能。成果大幅改进提升了现有果园作业平台功能,满足我国丘陵山区果园果实采收、果树高枝修剪和整枝等作业的省力、实用和安全需求,为农林机械智能化生产示范提供有效支撑。
1. 利用位姿识别感应、执行机构逆解和机电液控制技术,配备车载智能控制系统,构成高位作业平台的自适应智能调平装置,可保证作业平台在不同地形作业时处于水平状态,保障平台上作业人员安全,能满足丘陵山地作业要求。动力底盘行走系统采用铰链式履带结构,简化底盘动力传动方式,适应丘陵山地果园坡大、沟深、地表土壤松软等状况。具有爬坡能力强,通过性高,转向灵活,操控方便,成本低等特点。2. 平台采用双轴结构,主要由机械系统、自动调平控制系统两部分组成。作业平台俯仰调平角度达9.7°,侧倾调平角度达8.2°,最大转场坡度为25°,平台配套动力可达27kw,作业速度为2.9km/h,平台调节高度范围为120-260cm,水平调节误差可控制在1°,满足一般丘陵山区果园冠层管理作业的需求。
我国丘陵山区果园面积占比高,地形起伏大、坡度陡、土壤松软,传统升降平台通过性差、最大升降高度较低,产品不具备调平功能,应用在平原地区性能表现较好,不适合丘陵山区果园使用,安全性低,极大地限制了高空采收、修剪等作业的机械化与效率。本成果精准针对我国丘陵山区果园复杂地形条件下上述痛点需求,创新性采用铰链式履带底盘,具备较强的地形适应性和通过性,解决了在坡大、沟深、松软地表行走的难题,有效保障了高位作业人员的安全与作业质量。该平台调节高度范围大(120-260cm),俯仰与侧倾调平角度分别达到9.7°和8.2°,完全满足苹果、柑橘、梨等主要果树的高位采收与精细修剪需求。成果可广泛应用于全国各丘陵山区的规模化果园,替代危险且低效的人工梯子、脚手架作业,大幅提升果实采收和高枝管理的机械化水平;成果包含的底盘行走技术与智能调平控制技术具有显著的平台化特征和迁移价值,仅需对工作平台模块进行适应性改装,便可快速拓展至园林绿化、市政高空维修、电力设施维护、消防救援辅助设备乃至军事后勤等多个需要复杂地形下稳定高空作业的领域,市场潜力和产业化应用空间大。
团队承担国家重点研发计划“丘陵山区林果冠层管理机械化作业关键技术与装备研发”、宁夏自治区重点研发计划课题“浅山丘陵柠条采收及饲料一体化加工智能装备研发”、广州省重点领域研发计划“丘陵山地林果高效低损智能采收装备研究与示范”以及国家自然科学基金、宁夏自治区揭榜挂帅项目、林业公益性行业专项、教育部博士点基金、中国博士后科学基金以及国家林业局948项目等国家和省部级课题50余项。在多功能立体固沙车、林木整枝抚育机器人、多功能伐木机、经济林果采收处理装备、遥控山地单轨车、林木精准施药、林业图像处理以及森林环境微能量收集等方面取得了一批创新性成果。团队着力培养具有国际视野的创新型高水平人才,毕业的研究生分布在高等学校、科研院所、政府机关以及大中型企业。近10年来获得省部级以上奖励4项,出版著作10余部,发表论文被SCI、EI收录100余篇,获得发明专利40余项。与美国、加拿大、日本、德国、芬兰、加拿大等国家建立了学术交流关系,多次邀请美国农业部林产品实验室、日本森林综合研究所、日本岛根大学以及加拿大多伦多大学的教授专家来学科交流讲学,团队教师多次出国参加国际学术会议、访学和合作研究。
在研发投入方面,该成果作为国家重点研发计划课题“丘陵山区林果冠层管理机械化作业关键技术与装备研发”的重要组成部分,已累计投入研发经费约50万元。经费主要用于高适应性履带底盘的关键技术攻关、智能调平机构的创新设计与仿真优化、机电液一体化控制系统的集成开发、核心传感器选型与测试以及样机试制与野外田间试验验证。目前已完成初样机研制,各项性能指标(如爬坡度、调平精度、作业高度等)均达到设计预期,并通过了初步的功能性和可靠性测试,为后续转化推广奠定了坚实的技术基础。
针对尚需完善的技术,下一步工作重点在于提升系统的智能化与可靠性:一是需增强调平系统在极端崎岖地形的响应速度与控制鲁棒性;二是需优化整机能耗,提升续航能力,在本成果研究基础上开发的新能源动力平台系统目前已完成了核心技术工作;三是需进一步提升人机交互体验,集成远程监控与安全预警功能。预期完成这些技术优化与产品定型还需再投入经费约50-100万元,用时1-2年。
该成果可产生多层次、全方位的效益。在经济效益上,它能直接降低果园管理中对熟练高空作业人员的依赖,显著提高采收和修剪作业效率,减少果实碰伤损耗,提升优果率,为果农带来可观的经济回报。在生态效益上,通过促进果园机械化精准管理,间接减少因管理不便导致的果园弃荒现象,有利于土地资源的有效利用和丘陵山区生态环境的维护。在社会安全与民生改善上,效益尤为突出:极大降低果农从事高空作业的坠落风险,从根本上保障农业生产者的人身安全,改善其劳动条件,降低劳动强度,对保障国家农业生产安全、稳定农产品供给具有重要意义。同时,该技术成果是智能农机装备领域的重大进步,提升了我国在高端农业装备领域的自主研发能力,为其他行业的特种作业装备开发提供了宝贵的技术借鉴。
技术转让,技术入股,技术合作等,资金需求30万/台。