“剪式伸縮”水果采摘器設計

楊廣文　劉必強　鄒華杰　張維　宋建

【摘 要】針對高空采摘水果的現有技術不足，提出一種基于“剪式伸縮”方法的水果采摘器。該裝置能有效解決高空水果采摘時快速現實水果定位的問題，采用保護裝置能避免水果表皮損傷，從而提高采摘效率以及水果質量。方便果農進行高空水果采摘，推進機械化在農業發展中的應用。

【關鍵詞】水果；采摘；剪式伸縮；定位

中圖分類號： S225.93 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0012-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.006

【Abstract】Aiming at the shortcomings of the prior art for picking fruits at high altitude， a fruit picker based on the “scissor stretching” method is proposed. The device can effectively solve the problem of rapid and realistic fruit positioning during high-altitude fruit picking， and the protection device can avoid fruit skin damage， thereby improving picking efficiency and fruit quality. It is convenient for fruit farmers to carry out high-altitude fruit picking and there is promoting the application of mechanization in agricultural development.

【Key words】Fruit； Picking； Scissor-type Telescopic； Positioning

0 引言

隨著社會的進步，我國農業也在不斷地朝機械化方向發展。目前，高空摘水果一般都是人工采摘，費工費時，水果從高空采摘下來損壞的很多，而且高空人工采摘危險系數較大。另外，現有高空摘果工具，雖然解決了不需攀高摘果，但在高空視野不清條件下，很難快速實現水果定位，這就給采摘帶來很多的不便，費工費時，且會經常碰傷水果，造成水果外皮損傷，不利于水果的出售和保存。

本文研究中將對現有采摘剪切裝置進行優化，實現快速定位并提高其工作效率，以解決目前市面上采摘器械工作效率和利用率低的問題。采摘器應不損傷水果，有利于對水果的收集且收納、攜帶方便。

1 水果采摘器的現狀分析

現有的高空水果采摘器產品的種類很多，根據其剪切果柄的方式不同，大致可分為三種：剪刀式[1-2]、拉拽式[3-4]和旋轉式[5]。剪刀式水果采摘器是利用剪刀剪斷果柄；拉拽式水果采摘器是通過拉拽水果使果柄處斷裂；旋轉式水果采摘器是通過旋轉水果而使之在果柄處斷裂。

現有的水果采摘裝置主要存在問題如下：（1）定位效果差。旋轉式水果采摘器需要事先將水果牢牢抓住后才能旋轉果柄，而剪刀式水果采摘器需要將果柄置于剪刀內后才能剪切，在高空視野不清條件下，很難快速實現水果定位。

（2）損傷可能性大。拉拽式水果采摘器是通過強行拉拽而折斷果柄，在這個過程中不能保證僅果柄斷裂點，有可能會使水果在根部損傷。旋轉式水果采摘器牢牢抓住水果會對水果產生擠壓，從而使水果損傷。剪刀式水果采摘器因剪刀裸露在外部，可能會使刀刃劃傷水果表皮。

（3）采摘效率低。旋轉式和剪刀式水果采摘器在水果定位時消耗時間長，另外使用旋轉式水果采摘器過程復雜，操作步驟多，都會使得采摘效率低。

2 總體方案設計

本文所設計的“剪式伸縮”水果采摘器，如圖1所示，主要由剪切機構、驅動機構、保護機構、落袋機構、長桿、短桿、連接器、遙柄以及彈簧等組成。剪切機構、保護機構以及落到機構安裝在短桿上，驅動機構安裝在長桿上，長桿與短桿由連接器連接且能成一定角度。

其工作原理如下：當水果處于四邊形框中時，搖動遙柄或者啟動電機驅動滾輪轉動，帶動連接繩，經滑輪后，拉動剪切機構，使其在水平方向上伸長且垂直方向收縮，并壓縮彈簧，當上下兩端閉合后形成剪切力，剪斷水果柄后掉入落袋機構，并從末端滾出，完成剪切任務后，松動遙柄或電機，壓縮后的彈簧恢復到平衡形狀，推動剪切機構回到初始狀態。通過調節長桿與短桿之間的角度，即可實現對高空特殊位置水果的采摘。

2.1 剪切機構

剪切機構示意圖如圖2所示。由2片普通刀片和2片鋸齒刀片所組成，普通刀片與鋸齒刀片兩端都有圓孔，將其相鄰排列，形成一個平行四邊形，并通過銷將其固定。通過銷1使其安裝在保護裝置上，通過銷2與連接繩進行連接。連接繩拉動銷2，使得刀片向中間合攏，最終形成剪切。剪切機構的工作過程如圖3所示，分為初始狀態，中間狀態及剪切狀態。

2.2 保護裝置

保護裝置示意圖如圖4所示。包含上蓋和下蓋，剪切機構安裝在上蓋與下蓋中間，通過圓柱銷與盲孔的配合將上、下蓋合緊，通孔用來與銷1連接，固定剪切機構位置。剪切機構處于保護裝置內，對初始狀態的剪切機構進行遮蓋，避免刀刃劃傷水果表皮，起到保護水果作用。

2.3 落袋機構

落袋機構示意圖如圖5所示。安裝在剪切機構正下方，水果由入口端掉入后，沿網兜緩緩滑落，最后從出口端滾出。調節圈可調節該處網兜尺寸大小，用于減緩水果滑落速度。

2.4 角度調整裝置

角度調整裝置示意圖如圖6所示。通過安裝孔與長桿連接固定，而通過轉向孔與短桿連接固定。短桿與長桿之間的角度共有3個工作位，分別為0°、30°、60°，可根據實際需要調節角度，方便對特殊位置的水果進行采摘。

2.5 驅動機構

驅動機構示意圖如圖7所示。由滾輪、遙柄以及外殼組成。外殼安裝固定在長桿上，連接繩末端固定在滾輪上，并通過手動搖動遙柄（亦也電機驅動），驅動滾輪轉動，使連接繩纏繞在滾輪上，最終帶動剪切機構移動，驅使刀片合攏，形成切削力。

3 總結

本文設計的水果采摘器，采用基于“剪式伸縮”原理的剪切機構，應用電機作為驅動，實現半自動采摘。創新特色如下：（1）采用基于“剪式伸縮”原理的剪切機構，實現在高空視野下對水果的快速定位。（2）設計一種剪切保護裝置，避免水果被刀頭擦傷表皮，保障水果質量。應用電機作為驅動，實現半自動采摘，豐富機電一體化產品種類。其不僅可以有效減輕采摘者的勞動強度，采摘效率高，具有十分廣闊的市場前景。

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