蘋果多桿采摘機構

肖 毅，肖開喜，楊明艷，陳 航，夏孝財

（西南石油大學，四川 成都 610500）

1 蘋果采摘現狀

我國現在主要采用人工采摘水果。人工采摘需要勞動力多，勞動強度大，人工成本高，與我國勞動力短缺存在的現狀存在矛盾。機械化采摘水果除了自動化程度較高的機器人，大多都是機械搖撞法。存在的主要問題是，定位識別功能較差，采摘效率低，成本高，通用性低等。我們提出的模型在采摘效率上有明顯的提高，并且損傷較小，成本可控，是適用于果園采摘蘋果的人工輔助裝置。

2 結構設計及其創新點

（1）設計思路。此裝置首先是以梳子為思路，考慮到當前機械手采摘的弊端，認為用類似梳子的結構可以更加高效的采摘蘋果，加之后來發現種種不能實現，我們將

其加入了很多的特殊的結構，比如彈性桿等。再在過濾葉子、保護蘋果等方面添加了一些小結構，并用慧魚模型制作出來進行改進，得到了最后的蘋果多桿采摘機構。

（2）設計方案。基于現在蘋果采摘機普遍效率不高，機器成本偏貴，我們提出了我們的小型蘋果采摘機。機器主體為一個簡易的推車，推車底部是蘋果收集框，收集框四周則是蘋果采摘機框架和控制采摘桿上升的螺桿旋轉裝置，在兩根螺桿之中有一個采摘桿與之鉸連接，使采摘桿能較大范圍的活動。采摘桿的前端連接著幾組可旋轉的組合桿，采摘時將前端放入樹中，通過這幾組組合桿的旋轉，蘋果將會被卡在桿與桿之間，再通過旋轉所產生的力將蘋果刮下，落入下端的收集網中。采摘桿的尾部是人的控制握把，由三個開關組成，三個開關分別控制采摘桿前端的旋轉、采摘桿的上升和下降。進行采摘時，果農就握住這里來控制。框架的頂端則是由電機和鏈齒組組成，來控制采摘桿的上升和下降。

（3）工作過程。人輕松地將小推車形式的采摘裝置推到靠近樹的合適位置，即可開始采摘。首先根據樹況按動操作桿上的按鈕調節一個合適的高度。然后按動旋轉桿件按鈕，桿件開始緩慢轉動。此時，人只需將前端桿件裝置靠近要采摘的蘋果，蘋果很快就會進入到兩桿之間與桿較為緊密的接觸。持續轉動的桿件可以很輕松地讓成熟蘋果的果柄與枝脫落，這一步就完成了蘋果的初步采摘。蘋果隨即沿著前面的兩桿之間緩慢滾入收集入口。在重力的作用下，蘋果通過有緩沖作用的圓形布筒滾入到小推車中間的臨時收集槽里。這樣就是一個蘋果的全部采摘過程。在蘋果傳輸的過程中，人可以很快將前端桿件裝置移到下一處要采摘的位置進行采摘。對一片區域采摘完后，又可以調節支點高度或小推車位置開始下一區域采摘，這樣很快就能完成一顆樹的采摘。

（4）創新點。與過往的搖撞法和單個采摘不同，搖撞法采摘的果子對蘋果的傷害較大，難以保證蘋果的完整性，蘋果墜落到地面受到上受到傷害的可能性很大。也許是想要采摘的完整不受損傷的蘋果，但是得到的很多情況下會摔傷蘋果，這樣的蘋果不僅不易保存，更不易上市售賣。而我們的多桿采摘機構采摘得到的蘋果會更大程度保持蘋果的完整性，通過抓下蘋果通過緩沖裝置從而減輕對蘋果的損傷，這是較搖撞法而言很大的優點，也是我們的創新點之一。近些年研究成果大多通過需要高級元件，如顏色識別等技術進行單個采摘，這種方式雖然對果子的保存有利但是效率太低，成本太高。但通過我們的多桿機構效率就大大高于單個采摘的機械手裝置，這是我們的另一個創新點。

此裝置創新點大致如下：①采摘裝置的組合桿，桿的形狀以及桿的組裝材質，桿呈『豐』型，轉軸上連有三個組合桿，各自相距120度均勻分布在轉軸上，組合桿具有順著轉軸旋轉方向的弧度，這些形狀能極大地提高采摘效率。②組合桿上附有的軟套，采摘時能很好的保護蘋果。③收集裝置前段用的布網而非其他硬質的物品，也是能夠很好的對蘋果下落時進行緩沖，減少蘋果受到的傷害。

3 面臨的問題

此多桿蘋果采摘裝置并不是果樹的每一個位置都可以采摘，比如果樹的內部，可能會被大的枝干卡住，但是在樹的內部和下方采取人工輔助采摘也十分方便和可行。由于尚未做成實物，基于理論上的可行在實踐中可能會遇到一些問題，但都可以逐漸改正，逐漸完善。

4 結語

隨著科技的進步以及人們不斷地探索鉆研，機械化采摘會逐漸取代人工采摘。蘋果采摘的技術現階段的空缺還十分明顯，也許我們的裝置現在也并不完善，但我們也會努力改進，接受建議。希望在大家的廣泛努力下能將蘋果大面積采摘的技術得以發展。

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