基于慧魚模型的草莓采集手推車設計

李 雷，王思佳，唐義超

（西南石油大學，四川 成都 610500）

當前國內草莓種植方式主要為壟作栽培，該方式限制了自動化收獲的發展，采摘收集仍以人工作業為主，需長期蹲下或彎腰，勞動強度高、健康損害大。針對上述問題，文章利用慧魚模型設計了一種草莓采集手推車，用以輔助人工進行采摘收集。慧魚模型是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，具有簡易性、靈活性、牢固性等特點，能很好驗證設計的可行性。

1 整體設計

本草莓采集手推車用以輔助現有人工進行草莓采摘收集，由單人推動手推車在草莓種植地壟間行進作業。其把手處為控制面板（多個慧魚輸入開關），車身底部安裝有萬向輪，車身一側為采摘裝置，另一側為傳送裝置，傳送裝置頂部為收集裝置。圖1為利用慧魚模型搭建的草莓采集手推車實物圖。

圖1 草莓采集手推車慧魚模型實物圖

工作時，人工識別草莓分布位置與成熟情況，操控控制面板，將采摘執行器移動至草莓處，吸附器吸住草莓；吸住草莓后，切割器旋轉伸出對草莓莖進行切割；摘下草莓后，傳送裝置將草莓傳送至小車頂部，收集裝置將草莓按序排列收集入收集盒中，一盒滿后從手推車上取出并換上新的空盒，由此完成輔助人工采集。

2 模塊設計

（1）采摘裝置設計。采摘裝置由移動定位裝置、采摘執行器組成。移動定位裝置具有2個位移自由度和1個旋轉自由度，由人工操控控制面板進行控制，用以移動和定位采摘執行器。采摘執行器由吸附器和切割器組成。吸附器通過氣泵抽取空氣，在波紋吸盤處產生負壓，實現對草莓的吸附、運送和釋放；切割器通過氣缸活塞桿推出空心杯電機，空心杯電機帶動圓形刀片旋轉，實現對草莓莖的切割。

通過車體的移動及上述3個自由度，吸附器和切割器可實現同步的水平移動、上升下降、伸出縮回，以及刀片和吸盤朝向的微調，從而更好適應草莓的生長位置和姿態。

（2）傳送裝置設計。傳送裝置由傳送帶和傳送盒循環裝置組成。摘下草莓后，吸附器將草莓運放至傳送帶上，傳送帶將草莓水平運送至傳送盒中，傳送盒再將草莓豎直運送至手推車頂部，草莓到達頂部時，由凸輪間歇機構將傳送盒里的草莓推出，傳送盒再繼續向下運動，實現循環工作。

傳送期間光電晶體管接收信號因草莓遮擋而發生躍變，由此實現草莓計數、傳送帶啟停、傳送盒啟停等功能。傳送帶和多個傳送盒配合工作，保證草莓的順利傳送。

（3）收集裝置設計。收集裝置由可旋轉三擋片和收集盒組成。草莓從傳送盒中推出后自由落入斜板上，其上的可旋轉三擋片將草莓軌跡限制在一側，草莓落入收集盒一側，當下一個草莓落入時，推動可旋轉三擋片，草莓軌跡便被限制在另一側，從而實現草莓的同行分列排列；收集盒底面鋪有波浪形海綿墊，實現草莓的間布和保護，收集盒通過電機帶動水平移動，一行草莓滿后收集盒移動一格，實現分行收集草莓。一盒裝滿后提示聲響起，提醒操作人員取出并換上新的空盒，進行下一輪的工作。

3 程序設計

程序通過與慧魚模型配套的ROBO Pro軟件進行編制。本手推車是一種半自動化設備，其半自動化主要體現在肉眼分辨草莓、人工移動定位采摘執行器，而草莓的傳送和收集則由程序自動控制。圖2為程序功能流程圖。

圖2 程序功能流程圖

4 結語

本草莓采集手推車的設計規避了現有草莓自動化收獲研究面臨的一些問題，集采摘、傳送、收集功能于一體，具有草莓損傷小、適用范圍廣、成本低、易使用等優點，有利于促進草莓種植業快速發展，且利用慧魚模型驗證了設計的可行性，對商品化生產及推廣具有一定的指導意義。

參考文獻

［1］張凱良，楊麗，張鐵中.草莓收獲機器人采摘執行機構設計與試驗［J］.農業機械學報，2011，42（9）：155-161.

［2］楊洪濤，張新.慧魚模型在機電類創新型人才培養中的應用［J］.科技信息，2010，（20）：420-422.

［3］曲凌.慧魚創意機器人設計與實踐教程［M］.上海：上海交通大學出版社，2010.