本發(fā)明涉及一種丘陵山地自動調平果園綜合作業(yè)平臺，特別涉及一種用于丘陵山地果園果實采摘、運輸、剪枝的升降裝置。

(二)

背景技術：

我國的水果產(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)，果園地勢呈多樣性，果園作業(yè)機械化程度低。修剪果樹、疏花落果、果實采摘等作業(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)機械的需要日益增大。果園作業(yè)平臺在果園作業(yè)機械中扮演著重要角色，從果樹修剪到果實采摘再到運輸作業(yè)，升降平臺都起著不可替代的作用。面對地形復雜、多坡地的果園種植模式，現(xiàn)有的升降作業(yè)平臺很難滿足作業(yè)要求，因此，設計一種丘陵山區(qū)作業(yè)的自動調平果園升降平臺對于提高機械化生產(chǎn)水平，提高作業(yè)效率具有重要意義。

(三)

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種丘陵山地自動調平果園綜合作業(yè)平臺，平臺具備自動調平功能，對丘陵山地地形情況適應性強。本發(fā)明可以節(jié)省人力、提高動力利用率，可實現(xiàn)連續(xù)、高效作業(yè)。

一種丘陵山地自動調平果園綜合作業(yè)平臺，包括支撐機構、升降機構、調平機構、工作平臺、控制系統(tǒng)、控制軟件和報警模塊；

所述的支撐機構包括支撐角座、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；

所述的升降機構為升降油缸；橫臂左側下方的豎臂上鉸接升降油缸無桿腔耳環(huán)，升降油缸有桿腔耳環(huán)鉸接在橫臂右側下端面；橫臂右端面鉸接工作平臺；通過升降油缸可以調節(jié)工作臺高度；

所述的調平機構為調平油缸；橫臂下方升降油缸無桿腔耳環(huán)鉸接處下方的豎臂上鉸接調平油缸無桿腔耳環(huán)，調平油缸有桿腔耳環(huán)鉸接在工作平臺上；豎臂、橫臂、工作臺和調平油缸組成平行四邊形結構；

所述的控制系統(tǒng)包括單片機系統(tǒng)、位移傳感器、角度傳感器和控制閥；單片機系統(tǒng)和控制閥安裝在控制盒內，控制盒安裝在工作臺的前端；所述的角度傳感器安裝在工作平臺上；調平油缸上安裝有位移傳感器；所述的單片機系統(tǒng)采用STM32單片機；單片機系統(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平油缸控制閥組成；升降油缸控制閥和調平油缸控制閥均設有三個工作位，上位控制油缸伸長，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平油缸控制閥通過油管分別與油泵、升降油缸和調平油缸相連。所述的角度傳感器安裝在工作平臺上，用于檢測工作平臺的傾斜角度；所述的位移傳感器安裝在調平油缸上，用于檢測調平油缸的伸長量。

所述的單片機系統(tǒng)中存儲有控制軟件；所述控制軟件根據(jù)現(xiàn)有技術編程，控制內容包括平地作業(yè)和坡地作業(yè)兩種方式：平地作業(yè)時，調平機構利用橫臂與調平油缸組成的平行四邊形結構在升降過程中保持水平作業(yè)，在坡地作業(yè)時，設有兩級調平模式，當作業(yè)平臺傾斜角度大于2°且小于20°時，控制系統(tǒng)通過位移傳感器獲得調平油缸伸縮量控制調平油缸實現(xiàn)作業(yè)平臺一級粗略調平，使作業(yè)平臺傾斜角度小于2°，當作業(yè)平臺傾斜角度小于2°時，利用角度檢測模塊實現(xiàn)作業(yè)平臺二級精準調平，使作業(yè)平臺傾斜角度在0.5°以內，達到作業(yè)平臺調平的目的。作業(yè)平臺上坡調平過程分為兩個階段，首先是上坡先調平，作業(yè)平臺上坡后進入調平階段，由圖2中幾何關系可知，調平油缸BE需要伸長到BE'完成作業(yè)平臺調平。BE'計算式為：

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

當作業(yè)平臺在斜坡上進行升降作業(yè)時，調平油缸需要實時調整伸長量，由圖3中幾何關系可知，調平油缸由BE伸長到BE”完成作業(yè)平臺實時調平。

BE”計算式為：

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

同樣作業(yè)平臺下坡調平過程分為兩個階段，首先是下坡先調平，作業(yè)平臺下坡后進入調平階段，由圖4中幾何關系可知，調平油缸BE需要伸長到BE₁完成作業(yè)平臺調平。

BE₁計算式為：

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

下坡先調平結束后，當作業(yè)平臺在斜坡上進行升降作業(yè)時，調平油缸進入升降調平階段，由圖5中幾何關系可知，調平油缸由BE伸長到BE₂完成作業(yè)平臺實時調平。

BE₂計算式為：

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

所述報警控制模塊包括報警器和警示燈；報警器和警示燈分別與單片機系統(tǒng)連接；單片機系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)平臺作業(yè)環(huán)境要求設定作業(yè)平臺最大傾斜角度為20°，超出最大傾斜角度時作業(yè)平臺停止作業(yè)并實時報警。

本發(fā)明的有益效果：

1、可適應丘陵山地的作業(yè)環(huán)境。本發(fā)明的重點在于升降平臺上設有自動調平油缸，可以實時保證工作平臺始終是水平的。

2、可根據(jù)需要調節(jié)工作臺高度。工作臺工作高度是通過升降油缸的伸縮帶動橫臂的轉動從而舉升工作平臺來實現(xiàn)的。

3、可根據(jù)需要穩(wěn)定停駐在工作范圍以內的任意工作位置。控制閥的開閉可以改變液壓油路，利用控制閥的中位原理實現(xiàn)鎖緊，保證調平油缸和升降油缸在靜止時不受外載的影響，使工作臺穩(wěn)定停駐在工作范圍內的任意工作位置。

4、作業(yè)平臺二級精準調平通過不斷檢測傾角偏差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)境實時自行調整PID控制參數(shù)以滿足不同e(k)和e_c(k)的作業(yè)要求，使作業(yè)平臺達到“穩(wěn)”、“準”、“快”的控制指標要求，實現(xiàn)作業(yè)平臺二級精準調平。

(四)附圖說明

圖1是本發(fā)明示意圖；

圖2是本發(fā)明自動調平作業(yè)平臺上坡調平示意圖1；

圖3是本發(fā)明自動調平作業(yè)平臺上坡調平示意圖2；

圖4是本發(fā)明自動調平作業(yè)平臺下坡調平示意圖1；

圖5是本發(fā)明自動調平作業(yè)平臺下坡調平示意圖1；

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

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

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

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

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

(五)具體實施方式

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，下面將參照圖1說明本發(fā)明丘陵山地自動調平果園綜合作業(yè)平臺的工作原理。

如圖1所示，本發(fā)明有以下部分組成：

(1)支撐機構：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桿腔耳環(huán)，距離頂部400mm處焊接連接環(huán)，用于鉸接調平油缸無桿腔耳環(huán)；橫臂3左側開孔用于鉸接豎臂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右側焊接連接環(huán)用于鉸接工作平臺。從而支撐起整個升降平臺。

(2)調平機構：調平油缸6通過與豎臂2和工作平臺5連接實現(xiàn)對平臺的調平。

(3)升降機構：升降油缸7與豎臂2和橫臂3連接，實現(xiàn)工作平臺5的升降。

(4)控制系統(tǒng)：通過控制盒4實現(xiàn)對工作平臺5的調平控制。

(5)控制軟件：控制系統(tǒng)利用預設的控制方案對工作平臺5做出相應的調平策略。

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

實施例：

本實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；所述的單片機系統(tǒng)采用的是STM32單片機。本發(fā)明將支撐機構、調平機構、升降機構、工作平臺和控制系統(tǒng)通過連接環(huán)連接組裝，初始工作狀態(tài)時工作平臺5處于水平位置。工作平臺在平地采摘蘋果時，根據(jù)作業(yè)人員的要求需要提升作業(yè)平臺5時，將升降油缸7控制閥調至上位，升降油缸7動作，通過橫臂3將工作平臺5升至工作位置，將升降控制閥調至中位，升降油缸鎖緊，實現(xiàn)工作平臺5的舉升，達到蘋果采摘的高度要求，需要降低作業(yè)平臺5時，將升降油缸7控制閥調至下位，升降油缸7動作，通過橫臂3將工作平臺5降至工作位置，將升降控制閥調至中位，升降油缸鎖緊，實現(xiàn)工作平臺5的下降，平地采摘蘋果是利用橫臂3和升降油缸7組成的平行四邊形機構實現(xiàn)調平的，當作業(yè)平臺進入坡地采摘蘋果時，控制系統(tǒng)利用控制方案中的調平方法開始工作，當進入上坡采摘蘋果時，調平油缸6先由BE伸長到BE'實現(xiàn)上坡先調平，當作業(yè)平臺在斜坡上進行升降作業(yè)時，調平油缸6由BE'伸長到BE”完成作業(yè)平臺調平，當進入下坡采摘蘋果時，調平油缸6先由BE伸長到BE₁實現(xiàn)下坡先調平，當作業(yè)平臺在斜坡上進行升降作業(yè)時，調平油缸6由BE₁伸長到BE₂完成作業(yè)平臺調平，這個過程的實現(xiàn)由單片機采集角度傳感器信息和位移傳感器信息，單片機根據(jù)控制軟件控制調平油缸，當角度傳感器采集到作業(yè)平臺5傾斜度大于2°且小于20°時，進入一級粗略調平階段，粗略調平利用位移傳感器實時檢測調平油缸6的線性位移進而控制調平油缸6的伸縮量，使作業(yè)平臺5傾斜角度小于2°，進入二級精準調平階段，進入精準調平階段，角度采集傳感器實時采集角度信息，單片機根據(jù)角度信息作出相應的動作，通過控制調平油缸6控制閥的啟閉實現(xiàn)調平油缸6的上下運動使作業(yè)平臺保持水平作業(yè)，完成工作平臺5的水平作業(yè)要求。工作完成，依次將調平油缸控制閥和升降油缸控制閥調至下位，直到各油缸恢復初始工作位置，再將三個控制閥調至中位，使油缸保持鎖緊狀態(tài)。

本發(fā)明實現(xiàn)了作業(yè)平臺自動調平功能，保證了作業(yè)人員的安全，提高了作業(yè)人員的工作效率，對果園作業(yè)機械自動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，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。