申请/专利权人：山东农业大学

申请日：2016-07-06

公开（公告）日：2018-01-23

公开（公告）号：CN106171086B

主分类号：A01B51/02(2006.01)I

分类号：A01B51/02(2006.01)I;G05D3/20(2006.01)I

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2018.01.23#授权;2017.01.04#实质审查的生效;2016.12.07#公开

摘要：本发明涉及一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，包括支撑机构、升降机构、调平机构、工作平台、控制系统和控制方案；本发明能将工作平台稳定举升到预定工作范围的任意工作位置；工作平台的升降高度是通过控制升降油缸控制阀的启闭实现升降油缸的伸缩来调节的；调平机构是利用控制方案预设的两级调平模式，单片机通过角度传感器监测工作台的倾斜角度和位移传感器检测调平油缸的伸缩量，判断进入哪一级调平模式，然后实现对调平油缸控制阀的控制，最终通过调平油缸实现工作平台的调平。本发明是一种工作平稳、安全可靠、调平质量好、调平响应快的果园作业平台，可适应丘陵山地的特殊作业环境。

主权项：一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，其特征在于包括支撑机构、升降机构、调平机构、工作平台、控制系统、控制软件和报警模块；所述的支撑机构包括支撑角座、竖臂和横臂；所述的支撑角座上面焊接竖臂；横臂铰接在竖臂顶部；所述的升降机构为升降油缸；横臂左侧下方的竖臂上铰接升降油缸无杆腔耳环，升降油缸有杆腔耳环铰接在横臂右侧下端面；横臂右端面铰接工作平台；通过升降油缸可以调节工作平台高度；所述的调平机构为调平油缸；横臂下方升降油缸无杆腔耳环铰接处下方的竖臂上铰接调平油缸无杆腔耳环，调平油缸有杆腔耳环铰接在工作平台上；竖臂、横臂、工作平台和调平油缸组成平行四边形结构；所述的控制系统包括单片机系统、位移传感器、角度传感器和控制阀；单片机系统和控制阀安装在控制盒内，控制盒安装在工作平台的前端；所述的角度传感器安装在工作平台上；调平油缸上安装有位移传感器；单片机系统分别和位移传感器、角度传感器和控制阀连接；所述的控制阀由升降油缸控制阀和调平油缸控制阀组成；升降油缸控制阀和调平油缸控制阀均设有三个工作位，上位控制油缸伸长，中位控制油缸锁紧，下位控制油缸缩短；升降油缸控制阀和调平油缸控制阀通过油管分别与油泵、升降油缸和调平油缸相连；所述的角度传感器安装在工作平台上，用于检测工作平台的倾斜角度；所述的位移传感器安装在调平油缸上，用于检测调平油缸的伸长量；所述的单片机系统中存储有控制软件；所述控制软件的控制内容包括平地作业和坡地作业两种方式：平地作业时，调平机构利用横臂与调平油缸组成的平行四边形结构在升降过程中保持水平作业，在坡地作业时，设有两级调平模式，当工作平台倾斜角度大于2°且小于20°时，控制系统通过位移传感器获得调平油缸伸缩量控制调平油缸实现工作平台一级粗略调平，使工作平台倾斜角度小于2°，当工作平台倾斜角度小于2°时，利用角度传感器实现工作平台二级精准调平，使工作平台倾斜角度在0.5°以内，达到工作平台调平的目的；工作平台上坡调平过程分为两个阶段，首先是上坡先调平，工作平台上坡后进入调平阶段，调平油缸BE需要伸长到BE'完成工作平台调平；BE'计算式为：]]式中，θ1为工作平台上坡调平角度，θ1等于爬坡角度θ；B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点；D为工作平台与横臂安装点；E'为调平后的工作平台与调平油缸安装点；上坡先调平结束后，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸需要实时调整伸长量，调平油缸由BE伸长到BE”完成工作平台实时调平；BE”计算式为：式中：θ为爬坡角度；β为上坡调平横臂升降后与升降前夹角；B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点；D'为举升后工作平台与横臂安装点；E”为举升后工作平台与调平油缸安装点；同样工作平台下坡调平过程分为两个阶段，首先是下坡先调平，工作平台下坡后进入调平阶段，调平油缸BE需要伸长到BE1完成工作平台调平；BE1计算式为：式中：θ2为工作平台下坡调平角度，θ2等于爬坡角度θ；B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点；D为工作平台与横臂安装点；E1为调平后的工作平台与调平油缸安装点；下坡先调平结束后，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸进入升降调平阶段，调平油缸由BE伸长到BE2完成工作平台实时调平；BE2计算式为：式中，θ为爬坡角度；β1为下坡调平横臂升降后与升降前夹角；B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点；D1为举升后工作平台与横臂安装点；E2为调平后的工作平台与调平油缸安装点；所述报警模块包括报警器和警示灯；报警器和警示灯分别与单片机系统连接；单片机系统根据工作平台作业环境要求设定工作平台最大倾斜角度为20°，超出最大倾斜角度时工作平台停止作业并实时报警。

全文数据：丘陵山地自动调平果园综合工作平台技术领域[0001]本发明涉及一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，特别涉及一种用于丘陵山地果园果实采摘、运输、剪枝的升降装置。背景技术[0002]我国的水果产量和种植面积均居世界第一，但是果园大多分布在丘陵山区，果园地势呈多样性，果园作业机械化程度低。修剪果树、疏花落果、果实采摘等作业环节主要依靠梯子、高凳完成作业，安全隐患大，作业效率低，因此果园作业机械的需要日益增大。果园工作平台在果园作业机械中扮演着重要角色，从果树修剪到果实采摘再到运输作业，升降平台都起着不可替代的作用。面对地形复杂、多坡地的果园种植模式，现有的升降工作平台很难满足作业要求，因此，设计一种丘陵山区作业的自动调平果园升降平台对于提高机械化生产水平，提高作业效率具有重要意义。发明内容[0003]为了解决上述问题，本发明提供一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，平台具备自动调平功能，对丘陵山地地形情况适应性强。本发明可以节省人力、提高动力利用率，可实现连续、高效作业。[0004]—种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，包括支撑机构、升降机构、调平机构、工作平台、控制系统、控制软件和报警模块；[0005]所述的支撑机构包括支撑角座、竖臂和横臂;所述的支撑角座上面焊接竖臂;横臂铰接在竖臂顶部；[0006]所述的升降机构为升降油缸;横臂左侧下方的竖臂上铰接升降油缸无杆腔耳环，升降油缸有杆腔耳环铰接在横臂右侧下端面;横臂右端面铰接工作平台；通过升降油缸可以调节工作平台高度；[0007]所述的调平机构为调平油缸;横臂下方升降油缸无杆腔耳环铰接处下方的竖臂上铰接调平油缸无杆腔耳环，调平油缸有杆腔耳环铰接在工作平台上;竖臂、横臂、工作平台和调平油缸组成平行四边形结构；[0008]所述的控制系统包括单片机系统、位移传感器、角度传感器和控制阀；单片机系统和控制阀安装在控制盒内，控制盒安装在工作平台的前端;所述的角度传感器安装在工作平台上；调平油缸上安装有位移传感器;所述的单片机系统采用STM32单片机;单片机系统分别和位移传感器、度度传感器和控制阀连接;所述的控制阀由升降油缸控制阀和调平油缸控制阀组成;升降油缸控制阀和调平油缸控制阀均设有三个工作位，上位控制油缸伸长，中位控制油缸锁紧，下位控制油缸缩短;升降油缸控制阀和调平油缸控制阀通过油管分别与油栗、升降油缸和调平油缸相连。所述的角度传感器安装在工作平台上，用于检测工作平台的倾斜角度;所述的位移传感器安装在调平油缸上，用于检测调平油缸的伸长量。[0009]所述的单片机系统中存储有控制软件;所述控制软件根据现有技术编程，控制内容包括平地作业和坡地作业两种方式:平地作业时，调平机构利用横臂与调平油缸组成的平行四边形结构在升降过程中保持水平作业，在坡地作业时，设有两级调平模式，当工作平台倾斜角度大于2°且小于20°时，控制系统通过位移传感器获得调平油缸伸缩量控制调平油缸实现工作平台一级粗略调平，使工作平台倾斜角度小于2°，当工作平台倾斜角度小于2°时，利用角度检测模块实现工作平台二级精准调平，使工作平台倾斜角度在0.5°以内，达到工作平台调平的目的。工作平台上坡调平过程分为两个阶段，首先是上坡先调平，工作平台上坡后进入调平阶段，由图2中几何关系可知，调平油缸BE需要伸长到BE’完成工作平台调平。BE’计算式为：[0011]当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸需要实时调整伸长量，由图3中几何关系可知，调平油缸由BE伸长到BE”完成工作平台实时调平。[0012]BE”计算式为：[0014]同样工作平台下坡调平过程分为两个阶段，首先是下坡先调平，工作平台下坡后进入调平阶段，由图4中几何关系可知，调平油缸BE需要伸长到BE1完成工作平台调平。[0015]BEH+算式为：[0017]下坡先调平结束后，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸进入升降调平阶段，由图5中几何关系可知，调平油缸由BE伸长到BE2完成工作平台实时调平。[0018]BE2计算式为：LUUZU」所还报》捏制悮块包拈报警器和警不W;报警器和警不W分别与早片机系统连接;单片机系统根据工作平台作业环境要求设定工作平台最大倾斜角度为20°，超出最大倾斜角度时工作平台停止作业并实时报警。[0021]本发明的有益效果：[0022]1、可适应丘陵山地的作业环境。本发明的重点在于升降平台上设有自动调平油缸，可以实时保证工作平台始终是水平的。[0023]2、可根据需要调节工作平台高度。工作平台工作高度是通过升降油缸的伸缩带动横臂的转动从而举升工作平台来实现的。[0024]3、可根据需要稳定停驻在工作范围以内的任意工作位置。控制阀的开闭可以改变液压油路，利用控制阀的中位原理实现锁紧，保证调平油缸和升降油缸在静止时不受外载的影响，使工作平台稳定停驻在工作范围内的任意工作位置。[0025]4、工作平台二级精准调平通过不断检测倾角偏差ek和偏差变化率e。k，利用模糊控制器在线整定比例积分微分proportion-integration-differentiation，PID控制参数，可以根据作业环境实时自行调整PID控制参数以满足不同ek和eck的作业要求，使工作平台达到“稳”、“准”、“快”的控制指标要求，实现工作平台二级精准调平。附图说明[0026]图1是本发明示意图；[0027]图2是本发明自动调平工作平台上坡调平示意图1;[0028]图3是本发明自动调平工作平台上坡调平示意图2;[0029]图4是本发明自动调平工作平台下坡调平示意图1;[0030]图5是本发明自动调平工作平台下坡调平示意图2;[0031]图1中：1.支撑角座，2.竖臂，3.横臂，4.控制盒，5.工作平台，6.调平油缸，7.升降油缸。[0032]图2中：Θ为爬坡角度，Q1等于Θ为工作平台上坡调平角度，A为拖拉机悬挂点，B为调平油缸安装点，C为横臂与竖臂安装点，D为工作平台与横臂安装点，E为调平油缸与工作平台安装点，E’为调平后的工作平台与调平油缸安装点。[0033]图3中：Θ为爬坡角度，β为上坡调平横臂升降后与升降前夹角，A为拖拉机悬挂点，B为调平油缸安装点，C为横臂与竖臂安装点，D为工作平台与横臂安装点，D’为举升后工作平台与横臂安装点，E为调平油缸与工作平台安装点，Ε”为举升后工作平台与调平油缸安装点。[0034]图4中：Θ为爬坡角度，θ2等于Θ为工作平台下坡调平角度，A假设为拖拉机悬挂点，B为调平油缸安装点，C为横臂与竖臂安装点，D为工作平台与横臂安装点，E为调平油缸与工作平台安装点,E1为调平后的工作平台与调平油缸安装点。[0035]图5中：Θ为爬坡角度，P1为下坡调平横臂升降后与升降前夹角，A为拖拉机悬挂点，B为调平油缸安装点，C为横臂与竖臂安装点，D为工作平台与横臂安装点，D1为举升后工作平台与横臂安装点，E为调平油缸与工作平台安装点，E2为调平后的工作平台与调平油缸安装点。具体实施方式[0036]本发明主要用于丘陵山地果园作业人员的举升，根据本发明提供的装置，下面将参照图1说明本发明丘陵山地自动调平果园综合工作平台的工作原理。[0037]如图1所示，本发明有以下部分组成：[0038]1支撑机构:支撑角座1为三角形铸铁，其上焊接竖臂2。竖臂2上端焊接连接环，用于铰接横臂3，竖臂2距离顶部300mm处焊接连接环，用于铰接升降油缸无杆腔耳环，距离顶部400mm处焊接连接环，用于铰接调平油缸无杆腔耳环;横臂3左侧开孔用于铰接竖臂2，横臂3下端面在水平方向400mm处靠右焊接一个连接环，连接环铰接升降油缸7有杆腔耳环，横臂3右侧焊接连接环用于铰接工作平台。从而支撑起整个升降平台。[0039]2调平机构:调平油缸6通过与竖臂2和工作平台5连接实现对平台的调平。[0040]3升降机构:升降油缸7与竖臂2和横臂3连接，实现工作平台5的升降。[0041]⑷控制系统:通过控制盒4实现对工作平台5的调平控制。[0042]5控制软件:控制系统利用预设的控制方案对工作平台5做出相应的调平策略。[0043]本发明提供了优选实施例，下面以苹果采摘为实施例，但不用限制本发明的范围：[0044]实施例：[0045]本实施例中所述的角度传感器为MPU6050;所述的位移传感器模块采用的是BOSO拉线位移传感器模块;所述的单片机系统采用的是STM32单片机。本发明将支撑机构、调平机构、升降机构、工作平台和控制系统通过连接环连接组装，初始工作状态时工作平台5处于水平位置。工作平台在平地采摘苹果时，根据作业人员的要求需要提升工作平台5时，将升降油缸7控制阀调至上位，升降油缸7动作，通过横臂3将工作平台5升至工作位置，将升降控制阀调至中位，升降油缸锁紧，实现工作平台5的举升，达到苹果采摘的高度要求，需要降低工作平台5时，将升降油缸7控制阀调至下位，升降油缸7动作，通过横臂3将工作平台5降至工作位置，将升降控制阀调至中位，升降油缸锁紧，实现工作平台5的下降，平地采摘苹果是利用横臂3和升降油缸7组成的平行四边形机构实现调平的，当工作平台进入坡地采摘苹果时，控制系统利用控制方案中的调平方法开始工作，当进入上坡采摘苹果时，调平油缸6先由BE伸长到BE’实现上坡先调平，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸6由BE’伸长到BE”完成工作平台调平，当进入下坡采摘苹果时，调平油缸6先由BE伸长到BE1实现下坡先调平，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸6由BE1伸长到BE2完成工作平台调平，这个过程的实现由单片机采集角度传感器信息和位移传感器信息，单片机根据控制软件控制调平油缸，当角度传感器采集到工作平台5倾斜度大于2°且小于20°时，进入一级粗略调平阶段，粗略调平利用位移传感器实时检测调平油缸6的线性位移进而控制调平油缸6的伸缩量，使工作平台5倾斜角度小于2°，进入二级精准调平阶段，进入精准调平阶段，角度采集传感器实时采集角度信息，单片机根据角度信息作出相应的动作，通过控制调平油缸6控制阀的启闭实现调平油缸6的上下运动使工作平台保持水平作业，完成工作平台5的水平作业要求。工作完成，依次将调平油缸控制阀和升降油缸控制阀调至下位，直到各油缸恢复初始工作位置，再将三个控制阀调至中位，使油缸保持锁紧状态。[0046]本发明实现了工作平台自动调平功能，保证了作业人员的安全，提高了作业人员的工作效率，对果园作业机械自动化水平的提高具有显著意义。[0047]以上所述仅为本发明的较佳实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，其特征在于包括支撑机构、升降机构、调平机构、工作平台、控制系统、控制软件和报警模块；所述的支撑机构包括支撑角座、竖臂和横臂;所述的支撑角座上面焊接竖臂;横臂铰接在竖臂顶部；所述的升降机构为升降油缸;横臂左侧下方的竖臂上铰接升降油缸无杆腔耳环，升降油缸有杆腔耳环铰接在横臂右侧下端面;横臂右端面铰接工作平台；通过升降油缸可以调节工作平台高度；所述的调平机构为调平油缸;横臂下方升降油缸无杆腔耳环铰接处下方的竖臂上铰接调平油缸无杆腔耳环，调平油缸有杆腔耳环铰接在工作平台上;竖臂、横臂、工作平台和调平油缸组成平行四边形结构；所述的控制系统包括单片机系统、位移传感器、角度传感器和控制阀；单片机系统和控制阀安装在控制盒内，控制盒安装在工作平台的前端;所述的角度传感器安装在工作平台上;调平油缸上安装有位移传感器;单片机系统分别和位移传感器、角度传感器和控制阀连接;所述的控制阀由升降油缸控制阀和调平油缸控制阀组成;升降油缸控制阀和调平油缸控制阀均设有三个工作位，上位控制油缸伸长，中位控制油缸锁紧，下位控制油缸缩短;升降油缸控制阀和调平油缸控制阀通过油管分别与油栗、升降油缸和调平油缸相连;所述的角度传感器安装在工作平台上，用于检测工作平台的倾斜角度;所述的位移传感器安装在调平油缸上，用于检测调平油缸的伸长量；所述的单片机系统中存储有控制软件;所述控制软件的控制内容包括平地作业和坡地作业两种方式:平地作业时，调平机构利用横臂与调平油缸组成的平行四边形结构在升降过程中保持水平作业，在坡地作业时，设有两级调平模式，当工作平台倾斜角度大于2°且小于20°时，控制系统通过位移传感器获得调平油缸伸缩量控制调平油缸实现工作平台一级粗略调平，使工作平台倾斜角度小于2°，当工作平台倾斜角度小于2°时，利用角度传感器实现工作平台二级精准调平，使工作平台倾斜角度在0.5°以内，达到工作平台调平的目的；工作平台上坡调平过程分为两个阶段，首先是上坡先调平，工作平台上坡后进入调平阶段，调平油缸BE需要伸长到BE’完成工作平台调平;BE’计算式为：式中，S1为工作平台上坡调平角度，Q1等于爬坡角度Θ;B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点;D为工作平台与横臂安装点;E’为调平后的工作平台与调平油缸安装点；上坡先调平结束后，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸需要实时调整伸长量，调平油缸由BE伸长到BE”完成工作平台实时调平；BE”计算式为：式中：Θ为爬坡角度;β为上坡调平横臂升降后与升降前夹角;B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点;D’为举升后工作平台与横臂安装点;Ε”为举升后工作平台与调平油缸安装点；同样工作平台下坡调平过程分为两个阶段，首先是下坡先调平，工作平台下坡后进入调平阶段，调平油缸BE需要伸长到BE1完成工作平台调平；BEi计算式为：式中：θ2为工作平台下坡调平角度，θ2等于爬坡角度Θ;Β为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点;D为工作平台与横臂安装点;E1为调平后的工作平台与调平油缸安装点；下坡先调平结束后，当工作平台在斜坡上进行升降作业时，调平油缸进入升降调平阶段，调平油缸由BE伸长到BE2完成工作平台实时调平；BE2计算式为：式中，Θ为爬坡角度;为下坡调平横臂升降后与升降前夹角;B为调平油缸安装点；C为横臂与竖臂安装点;D1为举升后工作平台与横臂安装点;E2为调平后的工作平台与调平油缸安装点；所述报警模块包括报警器和警示灯;报警器和警示灯分别与单片机系统连接;单片机系统根据工作平台作业环境要求设定工作平台最大倾斜角度为20°，超出最大倾斜角度时工作平台停止作业并实时报警。2.如权利要求1所述的一种丘陵山地自动调平果园综合工作平台，其特征在于所述的单片机系统采用STM32单片机。

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