CN206402661U - 智能化多功能山地果园管理平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能化多功能山地果园管理平台，包括行走机构、驱动装置、支撑机构、升降机构、横坡调平机构、纵坡调平机构、工作台和自动控制系统；升降机构包括升降油缸、三角板、下支撑座和连接板；调平机构包括纵坡调平油缸和横坡调平油缸；支撑机构包括支撑角座、竖臂和横臂；控制盒包括控制系统和控制阀组；本实用新型采用无线传输方式将检测信号和控制信号在传感器和上位机之间进行相互传递，实现作业平台遇障和坡面作业主动安全预警控制；可适应丘陵山地的特殊作业环境。

Description

智能化多功能山地果园管理平台

(一)技术领域

本实用新型涉及一种智能化多功能山地果园作业平台，特别涉及一种用于丘陵山地果园果实采摘、剪枝、辅助套袋和水果运输的管理平台。

(二)背景技术

随着我国农业产业结构的不断优化调整，林果业已经成为农民致富的一条重要途径。林果种植业的迅速发展大大提升了果园机械的市场需求。然而林果业多分布在丘陵山区，地理环境复杂，机具作业过程中安全稳定性差，已成为严重制约我国农业机械化水平全面提高的瓶颈。因此研制适宜于丘陵山地的智能化多功能果园管理机械尤为重要。

目前丘陵山地果园作业中能够使用的升降机构种类很少。21世纪初，发达国家从家庭到公共绿地全部实现机械化作业，并向更高层次发展。就果园管理作业如疏花、采摘等而言，最早生产管理平台的主要是美国、澳大利亚和日本。国外的果园采摘机构整体不带有平台调平结构，这也使得这种机构应用范围局限于地形较为平坦且无明显起伏的果园。中国林果业生产机械化的发展较晚。在引进国外机械的同时，陆续研制了果园中耕除草机、果园风送弥雾机等，促进了果园机械化的发展。果农采摘作业还是以爬树或借助简易梯子手工采摘为主，机械化作业基本处于空白。因此，研究开发一种能够多功能管理的果园管理平台对我国林果业及国民经济的发展具有极其重要的现实意义。

(三)发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种智能化多功能山地果园管理平台，平台采用无线传输的方式传递信息，具备横坡调平与纵坡调平功能，对丘陵山地地形情况适应性强。本实用新型可以节省人力、提高动力利用率，可实现连续、高效作业。

一种智能化多功能山地果园管理平台，包括行走机构、驱动装置、承重机构、升降机构、横坡调平机构、纵坡调平机构、工作台、控制机构和自动控制系统；

所述的行走机构采用现有技术实现，主要包括驱动轮、支重轮、导向轮、履带和底架；

所述的升降机构、调平机构和承重机构均为两套，两套升降机构、调平机构和承重机构对称设置在所述行走机构的底架后方两侧；

所述的升降机构包括升降油缸、下支撑座和连接板；

所述的调平机构包括纵坡调平油缸和横坡调平油缸；

所述的承重机构包括承重角座、竖梁和横梁；所述的竖梁垂直安装在承重角座上；升降油缸缸筒铰接在竖梁一侧的承重角座上；所述的横梁前端铰接在竖梁上端；升降油缸活塞杆铰接在横梁后端底部；横梁后端内侧铰接横坡调平油缸缸筒；横梁后端上部铰接下支撑座；横坡调平油缸活塞杆铰接在下支撑座上；主工作台两侧分别通过连接板铰接在对应的下支撑座上；连接板上部铰接主工作台；连接板下部铰接下支撑座左侧中部；纵坡调平油缸活塞杆铰接在下支撑座后端上部；纵坡调平油缸缸筒铰接在连接板上；

底架两侧设有左右两个对称的升降机构、承重机构和调平机构，使工作台更加稳定牢固。

所述的工作台包括主工作台和侧工作台；所述的侧工作台对称设在主工作台的左、右两侧；主工作台下端面设有滑道，侧工作台底部设有滑轮，滑轮装在滑道中；侧工作台能沿滑道左右滑动，以调整工作台的作业宽度；主工作台下端中部铰接连接板；

所述的控制机构包括控制系统和控制阀组，安装在主工作台上端；

所述的驱动装置可采用现有技术实现，主要包括发动机、变速箱和驱动轴；

所述的控制系统包括上位机控制系统、无线传输系统和下位机控制系统；

所述的控制阀组分别与单片机系统和升降油缸、横坡调平油缸、纵坡调平油缸连接；

所述的控制阀组由升降油缸控制阀、横坡调平油缸控制阀和纵坡调平油缸控制阀组成，升降油缸控制阀、横坡调平油缸控制阀和纵坡调平油缸控制阀分别与升降油缸、横坡调平油缸、纵坡调平油缸连接；每个油缸控制阀均设有上位、中位和下位三个工作位，控制整个平台的运行上位用于控制油缸伸长，中位用于控制油缸锁紧，下位用于控制油缸缩短。

所述上位机控制系统为工控机或电脑，上位机控制系统通过无线传输系统与下位机中心处理器模块进行信息交换，上位机控制系统实时显示作业平台的三维角度，机器前方障碍物的距离，通过下位机控制系统控制作业平台调平，实现控制果园作业平台的运动姿态；

所述的无线传输系统包括发送模块和接收模块；发送模块与下位机的中心处理器模块连接，接收模块与上位机控制系统连接；

所述的下位机控制系统包括信息采集模块、中心处理器模块、执行模块；所述信息采集模块包括超声波传感器、压力传感器和加速度传感器，超声波传感器、压力传感器和加速度传感器分别与中心处理器模块连接；所述的超声波传感器安装于作业平台前方，用于检测障碍物与作业平台之间的距离；所述的压力传感器安装在作业平台轮胎上，用于检测机车车轮压力值；所述的加速度传感器安装在作业平台下侧，用于采集作业平台的三维角度；所述中心处理器模块选用STM32单片机，STM32单片机通过无线传输系统与上位机控制系统连接；中心处理器模块处理信息采集模块采集的作业平台到障碍物的距离、作业平台的胎压和作业平台的角度信息，并将角度信息通过无线传输模块显示在上位机控制系统上；所述执行模块包括与中心处理器模块分别连接的继电器和LED报警灯，继电器与作业平台的电磁阀连接，中心处理器模块控制继电器通断进而实现电磁阀的开关；当作业平台遇到障碍时，超声波传感器检测到与障碍物的距离，中心处理器模块采集距离信息后，通过控制作业平台电磁阀的开关进而控制安装在作业平台上的行走液压马达，实现作业平台的前进后退转向，从而有效避开障碍物；当作业平台在坡面作业时，加速度传感器检测作业平台的倾斜角度，中心处理器模块根据采集的角度信息，通过控制作业平台电磁阀的开闭进而控制安装在作业平台上的调平油缸，保持作业平台水平作业；当作业平台爬坡角度大于作业平台安全角，LED报警灯亮，提醒工作人员应停止作业，实现主动预警控制；压力传感器实时检测作业平台轮胎压力，当作业平台轮胎压力值低于正常胎压时，及时提醒工作人员，以免发生翻车等意外事故。

所述的中心处理器模块中存储有调平控制软件；所述调平控制软件根据现有技术编程，调平控制内容包括作业平台横坡作业和纵坡作业两种方式。

本实用新型可适应丘陵山地的作业环境。本实用新型重点在于采用无线传输方式将检测信号和控制信号在传感器和上位机之间进行相互传递，实现作业平台遇障和坡面作业主动安全预警控制。

本实用新型的升降平台设计有自动调平油缸，包括纵坡调平油缸和横坡调平油缸，可以实时保证工作平台始终是水平的。

本实用新型可实现一人操作即可完成前进后退，升降作业，实现剪枝、辅助套袋、和采摘以及水果运输等多项果园管理任务。

本实用新型可根据需要调节工作台高度。工作台工作高度是通过升降油缸的伸缩带动横梁的转动从而举升工作台来实现的。

本实用新型可根据需要调节工作台的宽度。工作台包括主工作台和两个侧工作台，可以保证两名作业人员同时工作，根据作业环境的要求实时调整两侧平台的伸长量。

本实用新型可根据需要稳定停驻在工作范围以内的任意工作位置。控制阀组的开闭可以改变液压油路，利用阀的中位原理实现锁紧，保证液压缸在静止时不受外载的影响，使工作台稳定停驻在工作范围内的任意工作位置。

本实用新型与现有果园平台相比，还具有以下特点：

带有动力系统，行走机构，能够独立完成作业，不需要外部提供动力；本实用新型新增纵坡调平机构，使作业平台能够全方位无死角调平，保证作业人员始终处于水平作业状态；新增侧工作台，作业幅度，作业面积加大，可以同时允许两名工作人员工作，提高了作业效率；

新增无线传输模块，上位机控制系统，使信息交换更加快捷方便，避免布线冗杂；新增避障模式，能够主动避开前方障碍物距离；新增主动预警控制模式，主动预防管理平台翻车，以免发生意外。

(四)附图说明

图1是本实用新型主视图；

图2是本实用新型左视图；

图3是本实用新型轴测图。

图4是本实用新型横坡调平作业平台上坡调平示意图；

图5是本实用新型横坡调平作业平台下坡调平示意图；

图6是本实用新型纵坡调平作业平台调平示意图；

图1,2中：1.支重轮，2.驱动轮，3.底架，4.发动机，5.竖梁，6.横梁，7.控制机构，8.横坡调平油缸，9.下支撑座，10.升降油缸，11.导向轮，12.履带，13.承重角座，14.驱动轴，15.变速箱，16.纵坡调平油缸，17.主工作台，18.侧工作台，19.连接板。

图4中：θ为作业平台倾斜角度，Φ工作平台上坡调平角度，A为横坡调平油缸在横梁上的安装点，B为横坡调平油缸与作业平台安装点，C为作业平台与横梁安装点，O为横梁右端点，B'为调平后横坡调平油缸与作业平台安装点。

图5中：θ为作业平台倾斜角度，Φ工作平台下坡调平角度，A为横坡调平油缸在横梁上的安装点，B为横坡调平油缸与作业平台安装点，C为作业平台与横梁安装点，O为横梁右端点，B”为调平后横坡调平油缸与作业平台安装点。

图6中：θ为作业平台倾斜角度，β工作平台上坡调平角度，D为纵坡调平油缸与下支撑座的安装点，E为纵坡调平油缸与作业平台的安装点，F为作业平台与连接板的安装点，G为连接板与下支撑座的安装点，E'为调平后纵坡调平油缸与作业平台的安装点。

(五)具体的实施方式

本实用新型主要用于丘陵山地果园作业人员的举升，根据本实用新型的提供的装置，下面将参照图1、图2和图3说明本实用新型智能化多功能山地果园作业平台的工作原理。

如图1、图2和图3所示，本实用新型有以下部分组成：

(1)承重机构：承重角座13为三角形铸铁，其上焊接连接环用于铰接升降油缸10缸筒同时留出竖梁5的安装空间。竖梁5上端焊接连接环，用于铰接横梁6；横梁6左侧开孔用于铰接竖梁5，横梁6下端面在水平方向上靠右焊接一个挂耳，挂耳铰接升降油缸10活塞杆，横梁6上端面在水平方向上靠左侧焊接一个挂耳，挂耳铰接纵坡调平油缸16缸筒。从而支撑起整个升降平台。

(2)横坡调平机构：横坡调平油缸8通过与横梁6和下支撑座9的连接实现对平台的横坡调平。

(3)纵坡调平机构：纵坡调平油缸16通过与下支撑座9和主工作台17的连接实现对平台的纵坡调平。

(4)升降机构：升降油缸10与承重角座13和横梁6连接，横梁6连接到下支撑座9，通过连接板19实现下支撑座9与主工作台17连接，最后完成工作平台17和18的举升。

(5)工作台延伸机构：侧工作台18通过与主工作台17下端面的滑道实现连接，需要工作台延伸时，侧工作台18可以来回滑动，实现工作台的延伸。

(6)控制系统：首先通过角度传感器测量主工作平17的倾斜角度，然后通过单片机设定的程序控制电磁换向阀，由电磁换向阀控制横坡调平油缸8和纵坡调平油缸16工作位，最终实现工作平台的调平。也可以通过控制机构7实现手动调平和自动调平的转换。

具体连接方式如下：

所述的承重机构包括承重角座13、竖梁5和横梁6；所述的升降机构包括升降油缸10、下支撑座9和连接板19；所述的横坡调平机构包括左右横坡调平油缸8；所述的纵坡调平机构包括纵坡调平油缸16；所述的工作台包括主工作平台17、侧工作台18和控制机构7；所述的自动控制系统包括上位机控制系统、无线传输系统和下位机控制系统；行走机构采用现有技术实现，主要包括驱动轮2、支重轮1、导向轮11、履带12和底架3；所述的驱动轮2与驱动轴14连接，驱动轮2带动履带12前后运动；所述的支重轮1与底架3连接，用于支撑整个作业平台的重量；所述的导向轮11与底架3连接，控制作业平台的运动方向；所述的履带12分别与支重轮1、导向轮11、驱动轮2连接；所述的底架3由方向管焊接，分别与驱动轴14、变速箱15、发动机4连接；所述的发动机4与变速箱15皮带连接传递动力；所述的变速箱15与驱动轴14通过齿轮连接，驱动作业平台运动；所述的承重角座13呈三角形，与底座连接，其上焊接连接环用于铰接升降油缸10缸筒同时留出竖梁5的安装空间；所述的竖梁5上端焊接连接环，用于铰接横梁6；所述的横梁6左侧开孔用于铰接竖梁5，横梁6下端面在水平方向上靠右焊接一个挂耳，挂耳铰接升降油缸10活塞杆，横梁6上端面在水平方向上靠左侧焊接一个挂耳，挂耳铰接纵坡调平油缸16缸筒；所述的下支撑座9用方管焊接而成，在下支撑座9的前后两根方管的两端有两个孔，用于安装纵坡调平油缸16缸筒，在前后方管的中间安装有凸台，铰接连接板19，在下支撑座9的左右两根方管的中间开孔，与横梁6连接；所述的连接板19为三角形铸铁，在其上下开有五个孔，下端两个孔铰接纵坡调平油缸16活塞缸，上端三个孔铰接主工作台17；所述的主工作台17用方管焊接，主工作台17下端中心线左右两侧焊接两个矩形铸铁，其上均匀分布三个孔，铰接连接板19，主工作台17下端面左右两侧焊接有两个滑道，用于两个侧工作台18沿滑道左右滑动，主工作台17上端安装控制机构7；所述的左侧平台和右侧平台是对称结构，侧工作台18支架用方管焊接，底座用铸铁，在铸铁两侧开有沟槽安装小型轮子，使小型轮子能在主工作台17的滑道内滑动；

本实用新型提供了优选实施例，下面以苹果采摘为实施例，但不用限制本实用新型的范围：

实施案例：

本实施例中所述的角度传感器采用的是AVT2800T全温补超高精度模拟输出型角度传感器，所述的单片机采用的是STM32单片机系统；所述的发送模块和接收模块选用WLK01L39无线传输模块，使用433M通信频段；所述的控制阀组采用的是电磁换向阀34BO-H10B-T。本实用新型将行走机构、驱动装置、支撑机构、升降机构、横坡调平机构、纵坡调平机构、工作台和自动控制系统通过紧固件连接组装，初始工作状态时各控制阀均处于中位。工作人员采摘苹果时，将侧工作台18向外延伸允许两名工作人员站到工作台上。作业平台工作时，触摸屏显示作业平台的三维角度，前方障碍物距离，同时允许在触摸屏上设置作业平台前进后退等，实现作业平台的运动。作业平台通过角度传感器实现自动调平，首先测量主工作台17的横向与纵向的偏移角，然后通过单片机控制相应电磁换向阀工作，实现工作台的调平，此时主工作台17台面处于水平，再将调平控制阀调至中位，调平油缸锁紧。

所述的中心处理器模块中存储有控制软件；所述控制软件根据现有技术编程；控制内容包括作业平台横坡作业和纵坡作业两种方式：

当作业平台在横坡作业时，作业平台进入上坡调平阶段，由图4中几何关系可知，横坡调平油缸长度AB需要伸长到AB'完成作业平台调平。

AB'计算式为：

AB'²＝OA²+OC²+B'C²-2B'C(OC×sinφ+OA×cosφ)

同样作业平台进入下坡调平阶段，由图5中几何关系可知，横坡调平油缸长度AB需要伸长到AB”完成作业平台调平。

AB”计算式为：

AB”²＝OA²+OC²+B”C²-2B”C(OC×sinφ+OA×cosφ)

当作业平台在纵坡作业时，作业平台进入调平阶段，由图6中几何关系可知，纵坡调平油缸长度DE需要伸长到DE'完成作业平台调平。

DE'计算式为：

上述公式中各点之间的距离均为长度单位；θ为作业平台倾斜角度，单位为度，Φ为工作平台上坡调平角度，由图中几何结构关系可知Φ等于θ，A为横坡调平油缸在横臂上的安装点，B为横坡调平油缸与作业平台安装点，C为作业平台与横臂安装点，O为横臂右端点，B'为调平后横坡调平油缸与作业平台安装点；B”为调平后横坡调平油缸与作业平台安装点；β为工作平台上坡调平角度，由图中几何机构关系知β等于θ，D为纵坡调平油缸与下支撑座的安装点；E为纵坡调平油缸与作业平台的安装点，F为作业平台与连接板的安装点，G为连接板与下支撑座的安装点，E'为调平后纵坡调平油缸与作业平台的安装点。

以作业平台处于横坡调平为例，当作业平台上坡时，由已知量AB＝30cm，OA＝40cm，OC＝20cm，B'C＝20cm，Φ＝20°；根据计算公式AB'²＝OA²+OC²+B'C²-2B'C(OC×sinφ+OA×cosφ)可得AB'＝24.96cm；所以横坡调平油缸8需要缩短AB-AB'＝5.04cm，作业平台处于水平作业状态；当作业平台下坡时，由已知量AB＝30cm，OA＝40cm，OC＝20cm，B”C＝20cm，Φ＝20°；根据计算公式AB”²＝OA²+OC²+B”C²-2B”C(OC×sinφ+OA×cosφ)可得AB”＝24.96cm；所以横坡调平油缸8需要缩短AB-AB”＝5.04cm，作业平台处于水平作业状态；以作业平台处于纵坡调平为例，当作业平台上坡时，由已知量DE＝35cm，DG＝40cm，DF＝50cm，GF＝30cm，E'F＝20cm，β＝20°；根据计算公式可得DE'＝42.5cm；所以纵坡调平油缸16需要伸长DE'-DE＝7.5cm，作业平台处于水平作业状态；根据作业人员的要求需要提升主工作台17时，将升降油缸10控制阀调至上位，升降油缸10动作，通过横梁6将主工作台17升至工作位置，将升降控制阀调至中位，升降油缸锁紧，实现主工作台17的举升，需要降低主工作台17时，将升降油缸10控制阀调至下位，升降油缸10动作，通过横梁6将主工作台17降至工作位置，将升降控制阀调至中位，升降油缸锁紧，实现主工作台17的下降，此过程中角度传感器一直处于工作状态，实时监测主工作台17的倾斜角度，当主工作台17处于倾斜位置时，相应的电磁换向阀工作，通过横坡调平油缸8和纵坡调平油缸16实现工作平台的调平。

Claims (2)

1.一种智能化多功能山地果园管理平台，其特征在于包括行走机构、驱动装置、支撑机构、升降机构、横坡调平机构、纵坡调平机构、工作台、控制盒和自动控制系统；

所述的升降机构、调平机构和承重机构均为两套，两套升降机构、调平机构和承重机构对称设置在所述行走机构的底架后方两侧；

所述的升降机构包括升降油缸、三角板、下支撑座和连接板；

所述的调平机构包括纵坡调平油缸和横坡调平油缸；

所述的支撑机构包括支撑角座、竖臂和横臂；所述的竖臂垂直安装在支撑角座上；升降油缸无杆腔耳环铰接在竖臂一侧的支撑角座上；所述的横臂后端铰接在竖臂上端；升降油缸有杆腔耳环铰接在横臂后端底部；横臂后端内侧铰接横坡调平油缸无杆腔耳环；横臂后端上部铰接下支撑座；下支撑座外部铰接横坡调平油缸有杆腔耳环；纵坡调平油缸有杆腔耳环铰接在下支撑座后端上部；连接板右端中部铰接纵坡调平油缸无杆腔耳环；连接板上部铰接主工作台；连接板下部铰接下支撑座左侧中部；

所述的工作台包括主工作台和侧工作台；所述的侧工作台对称设在主工作台的左、右两侧；主工作台下端面设有滑道，侧工作台底部设有滑轮，滑轮装在滑道中；侧工作台能沿滑道左右滑动，以调整工作台的作业宽度；主工作台下端中部铰接连接板；

所述的控制盒包括控制系统和控制阀组，安装在主工作台上端；

所述的驱动装置包括发动机、变速箱和驱动轴；

所述的控制系统包括上位机控制系统、无线传输系统和下位机控制系统；

所述的控制阀组分别与单片机系统和升降油缸、横坡调平油缸、纵坡调平油缸连接；

所述的控制阀组由升降油缸控制阀、横坡调平油缸控制阀和纵坡调平油缸控制阀组成，升降油缸控制阀、横坡调平油缸控制阀和纵坡调平油缸控制阀分别与升降油缸、横坡调平油缸、纵坡调平油缸连接；每个油缸控制阀均设有上位、中位和下位三个工作位，控制整个平台的运行上位用于控制油缸伸长，中位用于控制油缸锁紧，下位用于控制油缸缩短；

所述上位机控制系统为工控机或电脑，上位机控制系统通过无线传输系统与下位机中心处理器模块进行信息交换，上位机控制系统实时显示作业平台的三维角度，机器前方障碍物的距离，通过下位机控制系统控制作业平台调平，实现控制果园作业平台的运动姿态；

所述的无线传输系统包括发送模块和接收模块；发送模块与下位机的中心处理器模块连接，接收模块与上位机控制系统连接；

所述的下位机控制系统包括信息采集模块、中心处理器模块、执行模块；所述信息采集模块包括超声波传感器、压力传感器和加速度传感器，超声波传感器、压力传感器和加速度传感器分别与中心处理器模块连接；所述的超声波传感器安装于作业平台前方，用于检测障碍物与作业平台之间的距离；所述的压力传感器安装在作业平台轮胎上，用于检测机车车轮压力值；所述的加速度传感器安装在作业平台下侧，用于采集作业平台的三维角度；所述中心处理器模块通过无线传输系统与上位机MCGS组态软件连接；中心处理器模块处理信息采集模块采集的作业平台到障碍物的距离、作业平台的胎压和作业平台的角度信息，并将角度信息通过无线传输模块显示在MCGS组态软件上；所述执行模块包括与中心处理器模块分别连接的继电器和LED报警灯，继电器与作业平台的电磁阀连接，中心处理器模块控制继电器通断进而实现电磁阀的开关。

2.如权利要求1所述的一种智能化多功能山地果园管理平台，其特征在于所述中心处理器模块为STM32单片机。