科创中国

山东农业大学开展了大型连栋玻璃温室清洗机器人的研究，解决了清洗过程中障碍物与边界可靠检测、移动平台精准对轨与稳定启停、电缆管缆同步收放等关键技术问题，研制了包括行走支撑、清洗冲刷、均匀卷线等装置的清洗样机与包括行进、导轨收放、供水给水、底座、爬梯等装置的换行平台。整机运行稳定、可靠，实现了对国外产品的替代，解决了国内市场“无机可用”的难题。试验数据表明整机各项参数均达到或超过国外同类产品水平。

针对国内连栋温室清洗机械依赖进口，售价及维护费用高的问题，设计了一套连栋温室顶棚清洗机器人，包括清洗主机与配套的换行平台组成。清洗主机包括行走支撑装置、清洗冲刷装置、均匀卷线装置及控制系统等；换行平台主要包括行进装置、导轨收放装置、供水给水装置、爬梯及控制系统等。清洗机工作时，换行平台先进行轨道对齐，在换行平台与清洗机的组态屏上设置所需的参数，全部设置完毕后，点击各组态屏上的自动运行按钮进入自动运行状态，清洗机将按照程序设定开始驶入天沟进行自动清洗，均匀卷线装置通过调速控制策略对水管与电缆的收放进行实时调整，清洗机行驶到尽头后会停机报警，随后进行返航二次清洗，清洗完成一行之后，清洗机回到换行平台，换行平台将自动把清洗机转运到下一行，开始新行的自动清洗，直到行数达到设定值，清洗作业完成。本机各项参数均达到或超过国外市场主流机型对应指标，填补了国内相关产品的空白，促进了连栋温室棚顶清洗的自动化进程。

目前国内大型连栋玻璃温室清洗装备均为荷兰进口产品，受附件影响售价在80-100万元，且后期维护维修费用高昂。本项目旨在生产同等功能的清洗装置，并通过关键部件的国产化替代大大降低整机成本，其经济效益和社会效益显著。技术特点在于：

1、一种全电动的连栋温室棚顶清洗机器人，配合换行平台，实现了高度自动化的清洗作业与自动换行作业。打破了国外对此类产品的市场垄断，促进了连栋温室清洗机的国产化进程。

2、设计了一种均匀卷线装置，提高了对水管与电缆的收放流畅度，避免了水管或电缆绕线不匀导致的收放困难的问题。配套的控制程序可以实现对卷线过程的实时调节，补偿卷线圈数的变化造成的绕线半径改变，从而影响卷线速度的问题，提高了收放线过程的平稳性，防止收线或者放线与行进速度不匹配而导致的水管或电缆过度拉拽或者过度松弛的问题。

3、设计了一套安全防护系统。可检测天窗的开启状态，避免撞机；利用冗余对轨装置，保证了对轨的精度与安全性。

4、换行速度快，配合变速换行策略，换行过程速度快、对齐准，运行稳。此指标为国外同类产品两倍左右。

截止2019年我国统计在册的连栋玻璃温室面积为世界第二，仅次于荷兰，但对应的生产管理智能装备与系统却严重依赖进口。本项目研制的连栋温室智能清洗机器人用于大型连栋玻璃温室清洗，其综合成本不及国外同类产品进口价的25%，且关键参数均达到或优于国外产品，其市场应用前景广阔。

团队现有教授1人，副教授3人，讲师2人，博士生、硕士生维持在20人左右，相关专业包括机械工程、农业电气化与自动化、控制理论与工程、数字信息技术，研究方向以设施环境调控与装备、农业机器人、蔬菜生产全程机械化为主。已授权国家发明专利20余项，实用新型专利120余项，登记软件著作权40余项，发明相关论文10余篇。

李天华，团队负责人，博士、教授、博导，山东省蔬菜产业技术体系设施机械与环境调控岗位专家，授权发明专利18项、实用新型专利65项，登记软件著作权36项；主持省部级项目10余项。

施国英，控制系统研发，硕士，高级实验师，授权发明专利8项、实用新型专利42项，登记软件著作权16项；主持省部级项目2项。

张观山，系统建模与仿真，博士，实验师，授权发明专利6项、实用新型专利61项，登记软件著作权14项；主持国家自然基金青年基金、山东省青年基金项目各1项。

为研发该产品并搭建试验场地，累计投入原材料、关键部件、知识产权、劳务费等120余万元，清洗样机与平台现运行稳定，满足清洗要求。但主控器现采用PLC控制，成本相对较高，功能扩展不便，计划将整套控制系统采用高性能ARM自行设计；此外，受材料选型影响整机重量较大，计划后续改进整机机构与材料。两项合计，总优化成本在80万元左右。成果的应用将极大降低我国连栋温室智能管控装备对国外产品的依赖，随着成本与维护费用降低将进一步推动该设备的推广应用，在提高我国智能设施装备现代化水平的同时极大改进室内温光环境条件，调高效益与产出。

本技术及成果可向国内从事设施装备研究、生产、制造、加工的大中型企业和科研机构转让，方式可以是直接转让、技术合作，资金等方面可以双方协商。