本發(fā)明涉及一種丘陵山地自動(dòng)調(diào)平果園綜合作業(yè)平臺(tái)，特別涉及一種用于丘陵山地果園果實(shí)采摘、運(yùn)輸、剪枝的升降裝置。

(二)

背景技術(shù)：

我國(guó)的水果產(chǎn)量和種植面積均居世界第一，但是果園大多分布在丘陵山區(qū)，果園地勢(shì)呈多樣性，果園作業(yè)機(jī)械化程度低。修剪果樹(shù)、疏花落果、果實(shí)采摘等作業(yè)環(huán)節(jié)主要依靠梯子、高凳完成作業(yè)，安全隱患大，作業(yè)效率低，因此果園作業(yè)機(jī)械的需要日益增大。果園作業(yè)平臺(tái)在果園作業(yè)機(jī)械中扮演著重要角色，從果樹(shù)修剪到果實(shí)采摘再到運(yùn)輸作業(yè)，升降平臺(tái)都起著不可替代的作用。面對(duì)地形復(fù)雜、多坡地的果園種植模式，現(xiàn)有的升降作業(yè)平臺(tái)很難滿(mǎn)足作業(yè)要求，因此，設(shè)計(jì)一種丘陵山區(qū)作業(yè)的自動(dòng)調(diào)平果園升降平臺(tái)對(duì)于提高機(jī)械化生產(chǎn)水平，提高作業(yè)效率具有重要意義。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種丘陵山地自動(dòng)調(diào)平果園綜合作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)具備自動(dòng)調(diào)平功能，對(duì)丘陵山地地形情況適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明可以節(jié)省人力、提高動(dòng)力利用率，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效作業(yè)。

一種丘陵山地自動(dòng)調(diào)平果園綜合作業(yè)平臺(tái)，包括支撐機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、調(diào)平機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)、控制系統(tǒng)、控制軟件和報(bào)警模塊；

所述的支撐機(jī)構(gòu)包括支撐角座、豎臂和橫臂；所述的支撐角座上面焊接豎臂；橫臂鉸接在豎臂頂部；

所述的升降機(jī)構(gòu)為升降油缸；橫臂左側(cè)下方的豎臂上鉸接升降油缸無(wú)桿腔耳環(huán)，升降油缸有桿腔耳環(huán)鉸接在橫臂右側(cè)下端面；橫臂右端面鉸接工作平臺(tái)；通過(guò)升降油缸可以調(diào)節(jié)工作臺(tái)高度；

所述的調(diào)平機(jī)構(gòu)為調(diào)平油缸；橫臂下方升降油缸無(wú)桿腔耳環(huán)鉸接處下方的豎臂上鉸接調(diào)平油缸無(wú)桿腔耳環(huán)，調(diào)平油缸有桿腔耳環(huán)鉸接在工作平臺(tái)上；豎臂、橫臂、工作臺(tái)和調(diào)平油缸組成平行四邊形結(jié)構(gòu)；

所述的控制系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)、位移傳感器、角度傳感器和控制閥；單片機(jī)系統(tǒng)和控制閥安裝在控制盒內(nèi)，控制盒安裝在工作臺(tái)的前端；所述的角度傳感器安裝在工作平臺(tái)上；調(diào)平油缸上安裝有位移傳感器；所述的單片機(jī)系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)；單片機(jī)系統(tǒng)分別和位移傳感器、度度傳感器和控制閥連接；所述的控制閥由升降油缸控制閥和調(diào)平油缸控制閥組成；升降油缸控制閥和調(diào)平油缸控制閥均設(shè)有三個(gè)工作位，上位控制油缸伸長(zhǎng)，中位控制油缸鎖緊，下位控制油缸縮短；升降油缸控制閥和調(diào)平油缸控制閥通過(guò)油管分別與油泵、升降油缸和調(diào)平油缸相連。所述的角度傳感器安裝在工作平臺(tái)上，用于檢測(cè)工作平臺(tái)的傾斜角度；所述的位移傳感器安裝在調(diào)平油缸上，用于檢測(cè)調(diào)平油缸的伸長(zhǎng)量。

所述的單片機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)有控制軟件；所述控制軟件根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程，控制內(nèi)容包括平地作業(yè)和坡地作業(yè)兩種方式：平地作業(yè)時(shí)，調(diào)平機(jī)構(gòu)利用橫臂與調(diào)平油缸組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)在升降過(guò)程中保持水平作業(yè)，在坡地作業(yè)時(shí)，設(shè)有兩級(jí)調(diào)平模式，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)傾斜角度大于2°且小于20°時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)位移傳感器獲得調(diào)平油缸伸縮量控制調(diào)平油缸實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)一級(jí)粗略調(diào)平，使作業(yè)平臺(tái)傾斜角度小于2°，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)傾斜角度小于2°時(shí)，利用角度檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)二級(jí)精準(zhǔn)調(diào)平，使作業(yè)平臺(tái)傾斜角度在0.5°以?xún)?nèi)，達(dá)到作業(yè)平臺(tái)調(diào)平的目的。作業(yè)平臺(tái)上坡調(diào)平過(guò)程分為兩個(gè)階段，首先是上坡先調(diào)平，作業(yè)平臺(tái)上坡后進(jìn)入調(diào)平階段，由圖2中幾何關(guān)系可知，調(diào)平油缸BE需要伸長(zhǎng)到BE'完成作業(yè)平臺(tái)調(diào)平。BE'計(jì)算式為：

${\mathrm{BE}}^{\′2}={\mathrm{BC}}^2+{\mathrm{CD}}^2+{\mathrm{DE}}^{\′2}-2BD\×{\mathrm{DE}}^{\′}\×COS(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\arctan (\frac{BC}{CD})+{\mathrm{\θ}}_1)$

當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在斜坡上進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，調(diào)平油缸需要實(shí)時(shí)調(diào)整伸長(zhǎng)量，由圖3中幾何關(guān)系可知，調(diào)平油缸由BE伸長(zhǎng)到BE”完成作業(yè)平臺(tái)實(shí)時(shí)調(diào)平。

BE”計(jì)算式為：

${\mathrm{BE}}^{\′\′2}={\mathrm{BD}}^{\′2}+D^{\′}{E}^{\′\′2}-2{\mathrm{BD}}^{\′}\×D^{\′}{E}^{\′\′}\×COS(\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\θ}-\mathrm{\β}-\arcsin (\frac{BC\×\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\β})}{{\mathrm{BD}}^{\′}}\left)\right)$

同樣作業(yè)平臺(tái)下坡調(diào)平過(guò)程分為兩個(gè)階段，首先是下坡先調(diào)平，作業(yè)平臺(tái)下坡后進(jìn)入調(diào)平階段，由圖4中幾何關(guān)系可知，調(diào)平油缸BE需要伸長(zhǎng)到BE₁完成作業(yè)平臺(tái)調(diào)平。

BE₁計(jì)算式為：

${{\mathrm{BE}}_1}^2={{\mathrm{CE}}_1}^2+{\mathrm{CB}}^2-2{\mathrm{CE}}_1\×CB\×cos(\frac{\mathrm{\π}}{2}-arcsin(\frac{{\mathrm{DE}}_1\×sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\θ}}_2)}{{\mathrm{CE}}_1}\left)\right)$

下坡先調(diào)平結(jié)束后，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在斜坡上進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，調(diào)平油缸進(jìn)入升降調(diào)平階段，由圖5中幾何關(guān)系可知，調(diào)平油缸由BE伸長(zhǎng)到BE₂完成作業(yè)平臺(tái)實(shí)時(shí)調(diào)平。

BE₂計(jì)算式為：

${{\mathrm{BE}}_2}^2={{\mathrm{CE}}_2}^2+{\mathrm{BC}}^2-2\×{\mathrm{CE}}_2\×BC\×cos(\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\β}}_1-arcsin(\frac{sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}-{\mathrm{\β}}_1)\×D_1{E}_2}{{\mathrm{CE}}_2}\left)\right)$

所述報(bào)警控制模塊包括報(bào)警器和警示燈；報(bào)警器和警示燈分別與單片機(jī)系統(tǒng)連接；單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)平臺(tái)作業(yè)環(huán)境要求設(shè)定作業(yè)平臺(tái)最大傾斜角度為20°，超出最大傾斜角度時(shí)作業(yè)平臺(tái)停止作業(yè)并實(shí)時(shí)報(bào)警。

本發(fā)明的有益效果：

1、可適應(yīng)丘陵山地的作業(yè)環(huán)境。本發(fā)明的重點(diǎn)在于升降平臺(tái)上設(shè)有自動(dòng)調(diào)平油缸，可以實(shí)時(shí)保證工作平臺(tái)始終是水平的。

2、可根據(jù)需要調(diào)節(jié)工作臺(tái)高度。工作臺(tái)工作高度是通過(guò)升降油缸的伸縮帶動(dòng)橫臂的轉(zhuǎn)動(dòng)從而舉升工作平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3、可根據(jù)需要穩(wěn)定停駐在工作范圍以?xún)?nèi)的任意工作位置?？刂崎y的開(kāi)閉可以改變液壓油路，利用控制閥的中位原理實(shí)現(xiàn)鎖緊，保證調(diào)平油缸和升降油缸在靜止時(shí)不受外載的影響，使工作臺(tái)穩(wěn)定停駐在工作范圍內(nèi)的任意工作位置。

4、作業(yè)平臺(tái)二級(jí)精準(zhǔn)調(diào)平通過(guò)不斷檢測(cè)傾角偏差e(k)和偏差變化率e_c(k)，利用模糊控制器在線整定比例積分微分(proportion-integration-differentiation，PID)控制參數(shù)，可以根據(jù)作業(yè)環(huán)境實(shí)時(shí)自行調(diào)整PID控制參數(shù)以滿(mǎn)足不同e(k)和e_c(k)的作業(yè)要求，使作業(yè)平臺(tái)達(dá)到“穩(wěn)”、“準(zhǔn)”、“快”的控制指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)二級(jí)精準(zhǔn)調(diào)平。

(四)附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明示意圖；

圖2是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)平作業(yè)平臺(tái)上坡調(diào)平示意圖1；

圖3是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)平作業(yè)平臺(tái)上坡調(diào)平示意圖2；

圖4是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)平作業(yè)平臺(tái)下坡調(diào)平示意圖1；

圖5是本發(fā)明自動(dòng)調(diào)平作業(yè)平臺(tái)下坡調(diào)平示意圖1；

圖1中：1.支撐角座，2.豎臂，3.橫臂，4.控制盒，5.工作平臺(tái)，6.調(diào)平油缸，7.升降油缸。

圖2中：θ為爬坡角度，θ₁等于θ為工作平臺(tái)上坡調(diào)平角度，A為拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)，B為調(diào)平油缸安裝點(diǎn)，C為橫臂與豎臂安裝點(diǎn)，D為工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，E為調(diào)平油缸與工作臺(tái)安裝點(diǎn)，E'為調(diào)平后的工作臺(tái)與調(diào)平油缸安裝點(diǎn)。

圖3中：θ為爬坡角度，β為上坡調(diào)平橫臂升降后與升降前夾角，A為拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)，B為調(diào)平油缸安裝點(diǎn)，C為橫臂與豎臂安裝點(diǎn)，D為工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，D'為舉升后工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，E為調(diào)平油缸與工作臺(tái)安裝點(diǎn)，E”為舉升后工作臺(tái)與調(diào)平油缸安裝點(diǎn)。

圖4中：θ為爬坡角度，θ₂等于θ為工作平臺(tái)下坡調(diào)平角度，A假設(shè)為拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)，B為調(diào)平油缸安裝點(diǎn)，C為橫臂與豎臂安裝點(diǎn)，D為工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，E為調(diào)平油缸與工作臺(tái)安裝點(diǎn)，E₁為調(diào)平后的工作臺(tái)與調(diào)平油缸安裝點(diǎn)。

圖5中：θ為爬坡角度，β₁為下坡調(diào)平橫臂升降后與升降前夾角，A為拖拉機(jī)懸掛點(diǎn)，B為調(diào)平油缸安裝點(diǎn)，C為橫臂與豎臂安裝點(diǎn)，D為工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，D₁為舉升后工作臺(tái)與橫臂安裝點(diǎn)，E為調(diào)平油缸與工作臺(tái)安裝點(diǎn)，E₂為調(diào)平后的工作臺(tái)與調(diào)平油缸安裝點(diǎn)。

(五)具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要用于丘陵山地果園作業(yè)人員的舉升，根據(jù)本發(fā)明提供的裝置，下面將參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明丘陵山地自動(dòng)調(diào)平果園綜合作業(yè)平臺(tái)的工作原理。

如圖1所示，本發(fā)明有以下部分組成：

(1)支撐機(jī)構(gòu)：支撐角座1為三角形鑄鐵，其上焊接豎臂2。豎臂2上端焊接連接環(huán)，用于鉸接橫臂3，豎臂2距離頂部300mm處焊接連接環(huán)，用于鉸接升降油缸無(wú)桿腔耳環(huán)，距離頂部400mm處焊接連接環(huán)，用于鉸接調(diào)平油缸無(wú)桿腔耳環(huán)；橫臂3左側(cè)開(kāi)孔用于鉸接豎臂2，橫臂3下端面在水平方向400mm處靠右焊接一個(gè)連接環(huán)，連接環(huán)鉸接升降油缸7有桿腔耳環(huán)，橫臂3右側(cè)焊接連接環(huán)用于鉸接工作平臺(tái)。從而支撐起整個(gè)升降平臺(tái)。

(2)調(diào)平機(jī)構(gòu)：調(diào)平油缸6通過(guò)與豎臂2和工作平臺(tái)5連接實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的調(diào)平。

(3)升降機(jī)構(gòu)：升降油缸7與豎臂2和橫臂3連接，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)5的升降。

(4)控制系統(tǒng)：通過(guò)控制盒4實(shí)現(xiàn)對(duì)工作平臺(tái)5的調(diào)平控制。

(5)控制軟件：控制系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)的控制方案對(duì)工作平臺(tái)5做出相應(yīng)的調(diào)平策略。

本發(fā)明提供了優(yōu)選實(shí)施例，下面以蘋(píng)果采摘為實(shí)施例，但不用限制本發(fā)明的范圍：

實(shí)施例：

本實(shí)施例中所述的角度傳感器為MPU6050；所述的位移傳感器模塊采用的是BOSO拉線位移傳感器模塊；所述的單片機(jī)系統(tǒng)采用的是STM32單片機(jī)。本發(fā)明將支撐機(jī)構(gòu)、調(diào)平機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)和控制系統(tǒng)通過(guò)連接環(huán)連接組裝，初始工作狀態(tài)時(shí)工作平臺(tái)5處于水平位置。工作平臺(tái)在平地采摘蘋(píng)果時(shí)，根據(jù)作業(yè)人員的要求需要提升作業(yè)平臺(tái)5時(shí)，將升降油缸7控制閥調(diào)至上位，升降油缸7動(dòng)作，通過(guò)橫臂3將工作平臺(tái)5升至工作位置，將升降控制閥調(diào)至中位，升降油缸鎖緊，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)5的舉升，達(dá)到蘋(píng)果采摘的高度要求，需要降低作業(yè)平臺(tái)5時(shí)，將升降油缸7控制閥調(diào)至下位，升降油缸7動(dòng)作，通過(guò)橫臂3將工作平臺(tái)5降至工作位置，將升降控制閥調(diào)至中位，升降油缸鎖緊，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)5的下降，平地采摘蘋(píng)果是利用橫臂3和升降油缸7組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)平的，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)入坡地采摘蘋(píng)果時(shí)，控制系統(tǒng)利用控制方案中的調(diào)平方法開(kāi)始工作，當(dāng)進(jìn)入上坡采摘蘋(píng)果時(shí)，調(diào)平油缸6先由BE伸長(zhǎng)到BE'實(shí)現(xiàn)上坡先調(diào)平，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在斜坡上進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，調(diào)平油缸6由BE'伸長(zhǎng)到BE”完成作業(yè)平臺(tái)調(diào)平，當(dāng)進(jìn)入下坡采摘蘋(píng)果時(shí)，調(diào)平油缸6先由BE伸長(zhǎng)到BE₁實(shí)現(xiàn)下坡先調(diào)平，當(dāng)作業(yè)平臺(tái)在斜坡上進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，調(diào)平油缸6由BE₁伸長(zhǎng)到BE₂完成作業(yè)平臺(tái)調(diào)平，這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)采集角度傳感器信息和位移傳感器信息，單片機(jī)根據(jù)控制軟件控制調(diào)平油缸，當(dāng)角度傳感器采集到作業(yè)平臺(tái)5傾斜度大于2°且小于20°時(shí)，進(jìn)入一級(jí)粗略調(diào)平階段，粗略調(diào)平利用位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)調(diào)平油缸6的線性位移進(jìn)而控制調(diào)平油缸6的伸縮量，使作業(yè)平臺(tái)5傾斜角度小于2°，進(jìn)入二級(jí)精準(zhǔn)調(diào)平階段，進(jìn)入精準(zhǔn)調(diào)平階段，角度采集傳感器實(shí)時(shí)采集角度信息，單片機(jī)根據(jù)角度信息作出相應(yīng)的動(dòng)作，通過(guò)控制調(diào)平油缸6控制閥的啟閉實(shí)現(xiàn)調(diào)平油缸6的上下運(yùn)動(dòng)使作業(yè)平臺(tái)保持水平作業(yè)，完成工作平臺(tái)5的水平作業(yè)要求。工作完成，依次將調(diào)平油缸控制閥和升降油缸控制閥調(diào)至下位，直到各油缸恢復(fù)初始工作位置，再將三個(gè)控制閥調(diào)至中位，使油缸保持鎖緊狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了作業(yè)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平功能，保證了作業(yè)人員的安全，提高了作業(yè)人員的工作效率，對(duì)果園作業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平的提高具有顯著意義。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。