蒋蘋正在为学生讲解 周紫薇 摄

团队简介：智能农机装备创新团队由蒋蘋教授牵头，罗亚辉、胡文武、陈文凯、石毅新、唐琦军等5名指导老师，研究生及本科生创新实验小组成员组成。团队隶属于南方粮油作物协同创新中心“多熟制生产的农机装备选型优化及质量保障研究团队”。团队以科学研究为主体、学生创新为支撑，构建了科研教学与创新学习并重的科研与人才培养一体化格局。团队研究涉及农业机械化、农业电气化与自动化、设施农业、农业物联网等关联技术领域。近5年来，团队主持或承担科研项目13项；发表论文70余篇；授权发明专利39项，实用新型专利66项，获得软件著作权15项，成果鉴定8项。指导学生参与各类创新竞赛获国家级奖励3项，省级奖励27项。

“哇塞！好酷！这是什么？”第八教学楼前，一台有四条腿、外形怪异的“机械蜘蛛侠”引来不少学生的惊叹。这个离地间隙高达1.6米的庞然大物，正是我校工学院蒋蘋教授带领的智能农机装备创新团队耗时3年研制出的“高地隙田间管理机”。“这台田间管理机可实现每小时打药100到120亩，效率接近人工的100倍。”蒋蘋介绍说，“除了打药，还具备追肥、中耕除草、打顶，以及后期延伸到再生稻收割等功能，其扩张性强，是一种通用动力平台。”

机遇造就梦想

1994年，学校组建汽车与拖拉机专业，从上海交通大学本科毕业后在长沙客车厂工作的蒋蘋来到农大，从此与农业机械结缘。

南方水田泥脚深、田块小、高差大，机械化及智能化水平相对落后，为了研究出适合南方水田的农用机械及智能装备，并将自动化、智能化技术用于农业机械，蒋蘋选择到国防科技大学和中南大学继续深造，攻读计算机科学与技术硕士学位和机械电子工程博士学位。

从事农业机械研究多年，蒋蘋先后研发了温室大棚远程监控系统、拖拉机遥控驾驶系统、烟叶烘烤上房机、1WGD5多功能耕作机、轻型履带式拖拉机等，同时也吸引了不少对此有兴趣的人一起研发，并逐渐融合成现在的智能农机装备创新团队。

   2013年，我校作为理事单位加入了国家农业航空产业技术创新战略联盟，蒋蘋在与专家学者们的交流中发现，使用农用航空机械为南方水田打药存在一定的局限。“我当时想，如果能做一个适合南方水田的自走式植保机，就能大大加快水稻田间管理的机械化进程。”蒋蘋说。同年，因承担了国家科技支撑项目中杂交水稻授粉与打药机械课题的研究，借此机会他提出了研发一个四轮独立转向、轮距轴距可变的高地隙农用动力平台，这个设想得到了专家们的大力支持。

根据南方粮油作物协同创新中心“多熟制生产的农机装备选型优化及质量保障研究团队”的高地隙通用动力底盘研发任务，2014年，团队到农村调研时发现湖南省农业生产中田间管理的机械化程度极低，作物打农药的机械化程度仅有3%。相较于北方，南方农业机械领域存在很大空缺，高价请人打药都很困难。

“国内外展出的田间管理植保机，我们都认真研究过，它们主要是面向北方大面积旱地作物，用在南方的水田存在打滑、下陷、田头转向和上下田埂困难、田间压苗严重等问题。”蒋蘋说：“所以我们想研发一台便于农民操作、通用性和可扩展性强的水田动力平台，同时解决南方水田的打药、授粉、除草等田间管理问题。”

于是，团队开始着手“高地隙轻型通用动力地盘”的设计，建造一个能搭载喷药、施肥、授粉、打顶、除草、中耕等多种田间管理机具的动力平台。经过3年的艰苦攻关，蒋蘋带领团队运用全电控液压驱动系统，利用四轮独立驱动、四轮独立转向、蟹型可调支腿等技术，终于设计出了可以自由调整离地间隙、左右轮距和前后轴距，能在田间原地转向和横向移位的田间管理机。

大胆创新 尝试全电控液压动力系统

要使机器安全、可靠、方便地下田作业，就必须谨慎选用田间管理机的动力系统。为了确定适宜的驱动与传动系统，团队查阅了大量的资料文献，反复研究国内外植保机器的构造。蒋蘋想到，在机械结构的布置上，液压管就可以代替笨重而复杂的机械传动，全电液系统更利于后续拓展开发的改动和优化。全电控液压系统在工程机械上的应用较广泛，但还没有在农用机械上使用全电液系统的例子。于是，蒋蘋大胆提出，在这台管理机上采用全电液动力控制系统，这也是国内农业机械选用动力系统的一个新尝试。

经过将近8个月的构思设计，由全电液动力系统驱动的田间管理机结构图基本完成。团队开始根据设计图，试制机械零件和匹配相关液压部件，但很快就遇到了难题。农机方面全电液压技术使用非常少，关键液压部件基本依赖国外进口，寻找需要的零件和配件比较困难。

团队石毅新老师解释说：“由于液压泵、马达、油缸及电磁阀的接口尺寸不匹配，经常出现输油管两端一边是英标，一边是国标的情况，要解决这种问题，就需要安装转换接口。然而，100多根油管，200多个接口，有 20—30种非标转换接口，要找到1种转换接口都很困难，因为国内的这种配件需要特别定制，相关商店非常难找。为此，我们找了很多家店铺才找到几种适宜的接口，最后联系了上海的工厂才将这些转换接头全部定制完毕。”

面对试制中的重重困难，蒋蘋说：“从零开始慢慢摸索确实很难，但作为团队的带头人只有坚持下去，才会有成效、有进步，队员们也就能看到希望。”

独特四驱转向 实现田间灵活作业

南方水田泥脚深、田块小，庞大的机器若不能灵活转向，就会压坏秧苗、破坏田地。“传统转向机构是通过转向拉杆推动转向节臂，从而使机器转向，但这种拉杆式转向机构不能达到90度。”负责机械结构的研究生郭宇翔告诉记者。

为了解决这个问题，团队设计了不下3套方案，每套方案的设计都要同时兼顾机械、液压管道、电路三个方面。“有时为了一根油管的布局问题，经常要停留一到两天的时间，因为我们要考虑多方面的问题，比如机器在升降、前进、横走时会不会出现干涉，所以每一根油管，每一根线路都要科学合理地规划。”蒋蘋说。

团队花费了将近1年的时间，不断地修改设计方案。“如果继续使用传统式的拉杆，无论怎么研究也达不到我们对机器转弯效果的需求。”郭宇翔说。团队决定转变思路，尝试使用液压旋转马达，因为液压马达体积小、重量轻、扭矩大，可以带动车轮灵活转向，不止是90度，任意角度都可以旋转。但液压马达转速快，各马达容积效率不等，难以实现四轮转角精确同步，于是他们就在液压马达的基础上增加减速器并采用转角传感器和液压补偿回路，以便电控单元实时反馈控制。

理论模型设计完成后，团队开始对机器进行加工组装，由于是单件制造，没有工装夹具，期间遇到了许多加工、装配方面的难题。“我们虚心与经验丰富的工人师傅交流，借鉴他们的成功经验，边制作边修改方案。”蒋蘋白天与工人师傅们商讨解决办法，夜晚则带领团队改进设计、绘制加工图纸，经常到了凌晨3、4点钟还能看见实验室亮着的灯光。经过近半年时间，蒋蘋带领团队终于完成了整机的机械结构制造，转入液压系统装机调试和控制系统的开发。

目前，这台“机械蜘蛛侠”已实现了离地间隙大范围可调以适合不同生长期植株高度，轮距和轴距可适应不同行距的作物种植模式，前轮转向、四轮同辙转向、四轮原位转向、蟹形横向移位等多种转向模式以适应南方不同田块作业环境，避免机器转向时压坏秧苗的情况。“寻常农用机具都是竖着走的，而我们的‘机械蜘蛛侠’不同，遇到田埂，可以操纵机器原地90度转向，就像螃蟹一样横着走，非常灵活轻便！”郭宇翔说。

该机已申请发明专利6项、实用新型专利6项，其中已有4项被授权。“高地隙田间管理机的机械结构和控制系统仍在不断改进，四轮转向和行走的实时同步性、车身自动调平、变量喷药以及部件标准、大幅降低生产成本等问题，是第二代高地隙田间管理机的主攻方向，研制出适应整个南方水田的智能农机装备是我们团队的下一个目标。”蒋蘋表示。

科研的道路没有终点。蒋蘋说：“做科研，短期内是看不出成效的，南方水田机械化水平的提高，必须要靠农机人的共同努力，更需要农机和农艺的融合。有了协同创新中心这个平台，团队有更多机会与其它领域、单位、团队的专家进行交流、研讨，有利于激发大家的创造力，也更有利于现代农业的协调发展。”未来团队会带着对科学的热爱与坚持，向前奔跑，为社会创造更多的便利与财富，在科研的道路上越走越远。