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作品名称：春华秋实，覆‘膜’可期 ---基于北斗导航与机械视觉的地膜铺设装置
学校名称：潍坊学院
参赛队伍：铸梦机械
队伍编号：211930
参赛学生：王锦尧王文靖刘海耀葛顺志
指导老师：陈红梅李衍军
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

春华秋实，覆“膜”可期

——基于北斗+机器视觉的全自主垄作地膜智能铺设机器人（作品简介）

一、项目背景

我国设施蔬菜年覆膜面积超 3 亿亩，传统人工铺膜 2–3 人·小时/亩，成本高、一致性差、残膜污染重。现有半自动机具仍依赖“人眼+方向盘”，无法适应大棚狭小空间、异形垄距和夜间作业。团队面向“设施蔬菜绿色生产”国家重大需求，以“零人工、零浪费、零污染”为目标，研发首款融合“北斗高精度导航+OpenMV 边缘视觉+自适应机械结构”的全自主铺膜机器人，实现“开机即走，覆膜即收”。

二、创新亮点（四首创）

1. 北斗-视觉双闭环导航：

① 北斗 RTK 厘米级定位生成全局路径；② OpenMV4 边缘实时识别垄线偏差≤1 cm，STM32F4 双闭环校正，1 km 遥控外仍保持直线度误差＜0.5°，较传统 GPS 导航提升 10 倍精度。

2. 自适应覆膜辊机构：

四节点激光测距-螺旋传动同步调控，0.8 s 内完成辊型匹配，可兼容高垄、平垄、梯形垄 3 类典型截面，覆膜贴合率≥98%，破膜率＜0.3%。

3. 气动-犁刀协同“覆土-切断-压边”一体化收尾：

锯齿电热刀 0.2 s 熔断地膜，气缸驱动镂空破土铲二次覆土，压边宽度 5 cm、厚度 2 cm，抗 7 级风揭膜率 0%。

4. 多传感器融合“云监控”：

重量、电压、温湿度、残膜量四维在线感知，蓝牙 5.0+蜂鸣器双通道预警，支持微信小程序远程换卷提醒，实现“无人值守”连续作业。

三、技术指标（实测）

作业效率：1.2 亩/小时（人工 6 倍）

铺膜直线度：±1 cm/100 m

地膜利用率：≥97%（较人工提高 15%）

遥控距离：≥1 km

整机质量：38 kg（< 同幅宽机型 1/2）

续航：24 V/20 Ah 锂电池，连续作业 4 h（支持太阳能板外挂）

噪声：≤65 dB（满足夜间温室低噪要求）

四、知识产权与获奖

已申请国家实用新型专利 1 项（已授权），软件著作权 2 项；

第八届全国大学生智能农业装备创新大赛国家二等奖；

第十八届“挑战杯”山东省课外学术科技作品竞赛三等奖；

第十一届/第十二届全国大学生机械创新设计大赛国家三等奖、数字媒体科技作品国家二等奖；

已在寿光德果蔬菜合作社完成 50 亩大棚示范应用，获合作社技术推荐函。

五、应用场景

适用于设施蔬菜、烟草、草莓等高附加值经济作物垄作覆膜，可拓展为“铺膜-施肥-播种”一体化作业平台，市场容量预计超 50 亿元。项目成果为设施农业“机器换人”提供低成本、轻量级、可复制的中国方案，对推动农业绿色低碳发展、助力乡村振兴具有显著经济与社会效益。