温室智能装备系列之四十六

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研究背景

温室生产是农业领域劳动密集型的行业，温室环境的高温高湿环境，频繁的大强度劳动作业以及登高、搬运等工作要求，使得温室农业生产的劳动力付出超过一些工业环境，并最终导致成本居高不下。采用自动化的农业装备，减轻劳动强度，提高作业环境的舒适性，充分利用温室现有的空间和条件，实现资源的高效利用，是解决这一问题的一个有效手段。以色列在采摘装置方面进行了较多的尝试，设计了行走装置配备2.5 m长的机械臂来进行作业，控制部分是通过摄像头在电脑上遥控完成的（夏天，1997）。出于成本考虑，设计有针对性、操作简单、专门的设施小装备来解决复杂问题有较好的应用前景。

原理

温室喷药要解决全覆盖不留死角，实现防治彻底，同时要解决喷药过程中农药落下掉在操作人员身上，引起的人身安全问题。设施温室环境要面临对病虫害的防治以预防为主，因此，生产过程中对喷药作业的需求和依赖较大，预防性施药作业频繁等诸多问题。

另外，设施温室的采摘作业往往需要登高，目前大多采用梯子、方凳等工具，作业时不但容易摔倒，造成人身危险，劳动效率也比较低。因此，有必要研发专门的采摘平台，从而高效、安全地完成采摘工作。

此外，肥料搬运等工作能够借助多功能作业平台来完成，也是比较理想的。

基于以上生产现状和需求，笔者所在工作团队研发了一款温室喷药采摘作业多功能平台系统。如图1是系统原理框图。

通过在行走底盘上加装多种作业装置，能同时实现采摘、喷药等多种作业功能。通过电机驱动，可以实现自走控制和升降控制。这些辅助的省力装置都能有效提高作业效率。其中，升降装置可以采用电动推杆抬升，通过控制器随时调节高度，这样可以在行走的时候比较灵活的调节高度。也可以简化为手动调节，通过滑动套管的螺纹孔来调节作业平台的高度。

系统设计

温室喷药采摘作业多功能平台这种装置的设计完全针对京郊连栋温室种植蔬菜种植架构高的特点开发，喷药过程中不需要高举喷杆，避免农药雾滴飘落沉积在人的身体上，采摘过程中通过升降平台的自由升降，实现高架条件下作物果实的采摘。图2是温室手推式地轮作业装置实物图，也可比较方便的搬运其他农业物资。

立柱设计为梯子型的结构，通过反复计算，底盘的设计保证正常作业条件下，作业人员从侧面的梯子攀登，不会引起侧倾。作业人员在平台上喷药、采摘都比较容易。设计的防护栏根据身高设计为腰部以上位置，作业人员探出上身仍然相对安全。

设计考虑底盘行走的安全性和平稳性，加大轮间距和前后轮轴距。设计了用于锁止的支撑轮，并设计了特殊的装置，解决作业时装置不会在地面上移动，以及充气轮子负重不平稳的问题。见图3所示。高度的调节通过4 个立柱的螺栓孔进行调节，手动升降到合适的位置后，再依次通过紧固。4 个立柱设计为可以组装拆卸的方式，可以实现运输方便，也方便根据客户的需要更换电动升降的剪行结构。设备主要参数如下：

平台最大工作高度：5 m；

升降台提升高度：3 m；

最小离地间隙：60 cm；

平台额定载荷：240 kg；

整机长度：1.65 m。

系统应用

该作业平台在北京市小汤山特菜基地进行了示范应用，实际工作中能较好地满足生产管理中的施药采摘作业需求。通过增高系统的行走底盘，实现了系统对不同地面较好的适应性。

针对京郊现代化温室没有固定的行走轨道，设备维护技术人员欠缺的现状，果蔬创新团队设施设备功能研究室开发人工推动行走的轮式喷药采摘车，利用人力推动在温室内部行走，采摘人员可以根据采摘作物的高低，通过调整采摘梯的高度实现采摘高度的自动调节。这种装置能有效地满足实际生产中的大部分问题，当然也存在诸多不便，比如施药过程中，下面推动小车行走的人员会受到农药雾滴沉积的威胁，因此，进一步开发了温室轨道式自走式喷药采摘装置。但单纯从维护复杂程度和技术要求来说，简化的人推动的装置使用更简单，成本更低，更有利于推广应用。

*支持项目：果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队支持。