水果自動采摘車設計

張欣馳，霍緒堯，趙吉祥，徐勁

（遼寧工業大學 機械學院，遼寧 錦州 1210001）

經調研發現，現今市場上水果機械采摘方式主要有振搖式、撞擊式以及切割式三種。振搖式是利用外力使樹體或樹枝發生震動或振搖，使果實產生加速度，在連接最弱處與果實分離而掉落。撞擊式是撞擊部件直接沖撞果枝或敲打牽引果枝的棚架震落果實。切割式是將樹枝或果柄切斷使果實與果樹分離的方式。上述幾種機械水果采摘方式仍然以人工為主，機械為輔，沒有達到自動化采摘的程度，我們研究設計一種新型水果自動采摘車用來取代人工采摘，可實現水果的自動采摘。本設計的水果自動采摘車可以代替人工采摘生長在樹上的水果，能自動采摘指定高度內任意位置的水果，可以大大減輕果園勞動者的負擔，提高水果采摘的自動化程度。

1 水果自動采摘車的機械結構設計

水果自動采摘車主要包括行走裝置、識別裝置、升降裝置、切斷裝置、抓取裝置及控制器等六部分，如圖1所示。升降裝置主要完成抓取與切斷平臺的升降動作，由垂直方向上的機械臂實現。識別裝置通過圖像自動識別傳感器處理，用來確定水果的具體位置，并將位置信息反饋到控制器，控制器發出信號到行走裝置，使采摘車移動到待采摘水果的正下方，然后控制器發出信號到升降裝置，升降裝置抬升到待采摘水果位置后，再通過電磁鐵切斷及抓取裝置收集果實，最終實現自動采摘的功能。

2 水果自動采摘車的控制系統設計

水果自動采摘車控制流程如圖2所示，首先上電啟動水果采摘車，識別裝置進行圖像信息采集，確定待采摘目標位置，控制器將待采摘目標位置信息實時處理成方向矢量信號，并傳遞到水果自動采摘車行走裝置，行走裝置自動尋位至待采摘水果正下方，采摘車到達指定位置后，控制器輸出信號給升降裝置，升降裝置抬升到位后，切斷裝置執行采摘動作，采摘完成的水果落入收集裝置，一次采摘完成。控制器發出信號進行下一目標采摘，循環工作。

根據水果自動采摘車控制需要，識別裝置采用Pixy Cmucam5圖像傳感器模塊并配有云臺支架，可實現360°仰視旋轉，目標選擇范圍更廣泛，同時Pixy Cmucam5圖像傳感器模塊可對顏色進行識別，可以自主區分成熟水果；控制器采用Arduino STM32開發板；行走裝置加裝簡易懸掛系統，更適應果園顛簸不平的地形特征，行走裝置步進電機型號為7BYGH93-401A，其配套驅動器型號為2M542-N；升降裝置驅動電機型號為110BYGH350D，配套驅動器型號為3M2060H；切斷裝置采用直流24V推拉式電磁鐵，行程末端裝有剪斷刀頭，慣性撞擊力可達2kg，足以剪斷待采摘水果梗。

3 水果自動采摘車試測及效果

經過不斷嘗試努力，試制出了水果自動采摘車的模型樣車，如圖3所示。經過系統調試，該模型樣車能夠很好實現水果自動定位采摘的功能，可以很大程度上降低果農的工作量，提高水果采摘的效率以及水果完好率。

圖2 水果采摘車控制流程圖

圖3 水果采摘車模型樣車

4 水果自動采摘車的創新點

（1）水果自動采摘車擁有一套完整的信息模塊化處理的功能，對各個環節都能做到精準控制，操作簡單，穩定性好。

（2）水果自動采摘車利用電磁切斷裝置能實現對待采摘目標進行逐個采摘，相對于傳統的振搖式、撞擊式和切割式水果采摘車，更滿足現實中對水果完整性的需要。

（3）水果自動采摘車的升降機構在設計上采用垂直升降的方法，大大節省了操作空間，能更好的適應復雜的采摘環境。

5 結語

水果自動采摘車能夠自動完成一個完整的采摘流程，并且在采摘時對目標進行逐個精準操作，極大地提高了采摘效率，并且最大限度的保證了待采摘水果的完整性。本設計普遍適用于各種規模的果園。隨著本設計的推廣應用，將大幅降低果農的工作量，提高水果采摘的效率以及水果完好率。

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