全自動高空水果采摘機設計

蔡 軍，于 聰，高天琦，侯義龍

（1. 大連大學 機械工程學院，遼寧 大連 116622；2. 大連大學 生命科學與技術學院 生命科學工作室，遼寧 大連 116622）

1 工作原理及結構

1.1 工作原理

通過障礙傳感讓車體能夠自己到達目的地并通過單片機記錄果園里的路線，再次使用時選擇路線即可。采摘裝置利用傳感技術，分辨出果實和秸稈，剪斷秸稈，將果實裝入車廂內。在剪刀安裝處利用舵機進行剪切動作，通過單片機控制使舵機達到360度靈敏轉動。

1.2 結構

全自動高空水果采摘設備的結構如圖1所示。

（1）剪切部分：該部分主要通過單片機發出的脈沖信號控制舵機，舵機與剪刀連接在一起，舵機的大扭矩帶動鋒利的剪刀能夠快速剪斷果柄，完成采摘果實的動作。

（2）伸縮機構：本設備采用伸縮架的機構進行儲物倉及剪切部分的升降，結構簡單穩固，該結構適用范圍廣，制作簡單，非常適合此次設備的設計。

圖1 全自動高空水果采摘設備結構圖

（3）驅動部分：驅動輪采用麥克納姆輪，麥輪超強的靈活性和行進性一直是全自動行業的基礎，其運動參數可通過編碼器與單片機連接，在單片機的控制下完成行進動作，可靈活運動于多種地形，適用范圍廣。

（4）單片機：該設備采用市面應用較普遍的STM32系列單片機，價格低廉，功能強大，可實現：車輪的行進方向及速度改變、對傳感器數據進行采集處理、發送脈沖信號控制舵機轉速及轉角等功能，能夠持續穩定地控制設備的正常工作。

2 關鍵技術

單片機型號的選用、伸縮結構的確定以及材料的選定、采摘設備的設計是技術的關鍵。

2.1 單片機型號的選用

意法半導體公司的STM32系列單片機因其強大的庫函數調用功能及引腳多的優勢[1],結合本項目特點，成為了我們的選擇。

2.2 伸縮結構的確定

我們通過對伸縮桿、折疊架兩種結構做分析得到，同樣作為節省空間的結構來說，伸縮桿對于自身材料的選取有一定限制，而且伸縮動作不夠靈活；而折疊架本身比例結構更加合理，更加耐用，對于需要長時間作業的全自動高空水果采摘設備來說，折疊架結構更適合設備的要求。

2.3 水果采摘設備的設計

首先，我們要考慮的就是環境污染問題，為此，我們采用電能驅動，減小污染；其次，設備的空間利用也是一個方面，由于果樹種類及高度不同，要求設計的伸縮機構在達到高度要求的同時盡量減少空間的占用[2]，于是我們選用了折疊架結構，大大減少所占空間；再次，設備的采摘部分采用舵機控制剪刀的方式，精準便捷。

3 設計試驗效果分析

在Solidworks軟件里對設備進行建模，并對設備各部分進行力、速度、加速度分析后得出，設備運動情況符合設計要求；在 Anysis軟件中對剪切部分進行了應力應變分析，所選用的材料能夠較好的完成剪切工作，整體設備剛性優良，結構穩定，適合進行規模生產。

4 總結

（1）從機-環境方面考慮，整個設備機構簡單，占用空間小，無污染物排放，降低了勞動強度。

（2）整機零件設計大部分都采用標準件，專用零件占極少數，增強了零件的通用性與靈活性，有利于組織大批量生產而降低生產成本。

[1]孫書鷹, 陳志佳, 寇超. 新一代嵌入式微處理STM32F103開發與應用[J]. 網絡新媒體技術, 2010, 31(12): 59-63.

[2]張潔, 李艷文. 果蔬采摘機器人的研究現狀、問題及對策[J]. 機械設計, 2010, 27(6): 1-5.