一種便攜式水果采摘器的設(shè)計(jì)

郭雄 鄧庭超 謝智琛 鄧雄明 彭康雙

摘要：針對(duì)目前廣東喬木類果樹采摘現(xiàn)狀，通過調(diào)研廣東喬木類果樹品種及其產(chǎn)地生長環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡易，造價(jià)合理的輔助水果采摘設(shè)備。在前期進(jìn)行大量前期調(diào)研及原理研究后，我們進(jìn)行了樣機(jī)的試研制與驗(yàn)證調(diào)試。該采摘器為電動(dòng)式人工輔助控制設(shè)備，其通過電力驅(qū)動(dòng)裝置輸出動(dòng)力使剪切模塊完成剪切動(dòng)作，果實(shí)通過柔性導(dǎo)管滑落到果籃。樣品實(shí)驗(yàn)表明：該果實(shí)采摘器通用性強(qiáng)、效率更高，便于降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：通用性；采摘器

引言

廣東的果園多為山地果園。正如楊欣教授所總結(jié)的果園現(xiàn)狀“規(guī)模小、坡地多，行間郁蔽嚴(yán)重，人通行都困難，大型機(jī)具更難以入園，機(jī)械采收難度大。因水果產(chǎn)地環(huán)境約束以及水果品質(zhì)要求，目前廣東水果多為人工采摘，不僅采摘效率低，而且存在安全隱患。而廣東水果廣東喬木類果樹的果實(shí)采摘易受天氣影響，難以在臺(tái)風(fēng)季節(jié)迅速采摘，易給果農(nóng)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失，為此研究機(jī)械化輔助水果采摘設(shè)備具有重要研究意義。

我們的前期調(diào)查顯示，為了提高水果采摘效率，各國都在自動(dòng)采摘方面加強(qiáng)了研發(fā)，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還有很長的一段距離，主要原因是生產(chǎn)成本高，果實(shí)識(shí)別率、采摘效率低。針對(duì)該現(xiàn)狀，研究人員對(duì)轉(zhuǎn)化率高、價(jià)格低廉的輔助采摘器械進(jìn)行了研究，有些已推向市場，但已有的輔助采摘器械存在著種種缺點(diǎn)。

為了給廣東喬木類果樹果農(nóng)提供一種簡易且工作效率高的采摘器，本文通過分析廣東喬木類果樹的培育環(huán)境，在前期對(duì)其果梗切割力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種輔助水果采摘設(shè)備。同時(shí)介紹其相關(guān)原理并制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 采摘器設(shè)計(jì)要求

廣東果樹種植多為小果園、山地果園，且果樹間距小，不適合大型果樹采摘機(jī)器進(jìn)入。調(diào)查顯示，喬木類果樹樹高為3-6m，果實(shí)特征多為皮薄、含水量高，采摘過程容易損傷表皮，照成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，降低果農(nóng)收益。根據(jù)其產(chǎn)地環(huán)境特點(diǎn)及產(chǎn)品品質(zhì)要求，采摘器的設(shè)計(jì)需達(dá)到以下工作性能：

1）采摘器必須結(jié)構(gòu)簡單且制造成本低廉。

2）相較于人工采摘，采摘器需擁有更高的工作效率且具備較高續(xù)航性適合戶外工作。

3）為適應(yīng)不同高度的果樹進(jìn)行果實(shí)采摘工作，采摘器需有可伸縮的工作杠。

4）確保果實(shí)在經(jīng)采摘器采摘后能夠柔性地滑落至果籃，盡可能保證果實(shí)的表面質(zhì)量。

2采摘器整體結(jié)構(gòu)及工作原理分析

基于上述要求，采摘器所采用的結(jié)構(gòu)如圖a，其主要包括剪切模塊、刀盤動(dòng)力模塊、伸縮桿模塊、控制模塊、傳輸模塊及電源模塊。其中，剪切模塊由活動(dòng)刀片、固定刀片、偏心輪組成，刀盤動(dòng)力模塊包含電機(jī)及減速齒輪組組成，伸縮桿模塊包括上中下三管以及鎖定按鈕，為降低采摘器重量，同時(shí)使控制線路從中通過，伸縮桿采用空心管。

控制模塊放置于伸縮桿下桿，通過導(dǎo)線經(jīng)過伸縮桿與刀盤動(dòng)力模塊連接用以控制電機(jī)。采摘器采用12v可充電式鋰電池供電，與保護(hù)電路構(gòu)成電源模塊，為整機(jī)提供動(dòng)力。

在進(jìn)行果實(shí)采摘時(shí)，操作者需先打開保護(hù)開關(guān)，而后按動(dòng)控制模塊上的啟動(dòng)開關(guān)，便可讓刀盤動(dòng)力模塊中的電機(jī)啟動(dòng)并帶動(dòng)減速齒輪，通過剪切模塊中的偏心輪將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)活動(dòng)刀片完成剪切動(dòng)作，從而果實(shí)落入柔性管道柔性滑落至果籃，完成采摘過程。

4樣機(jī)制作與試驗(yàn)驗(yàn)證

進(jìn)入果園進(jìn)行采摘實(shí)驗(yàn)，操作者經(jīng)過采摘后感覺該采摘器使用方便，省時(shí)省力。采摘過程中通過伸縮桿模塊進(jìn)行長度調(diào)節(jié)，便于采摘高空處果實(shí)，采摘器適用高度在2m-4m。操作時(shí)按下控制模塊上的啟動(dòng)按鈕即可執(zhí)行剪切果梗的動(dòng)作，果實(shí)隨即落入傳輸網(wǎng)中，并柔性滑落至果籃。通過傳輸模塊進(jìn)行果實(shí)傳輸，使得果實(shí)能較完整地落入果籃。

5 結(jié)論

1）采摘器用鋰電池供電，大扭矩電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，工作續(xù)航能力強(qiáng)，適宜戶外工作環(huán)境。

2）采摘器的刀盤動(dòng)力模塊、控制模塊結(jié)構(gòu)簡單，模塊緊湊，同時(shí)該采摘器加工方便試驗(yàn)機(jī)造價(jià)350元左右，成本較為低廉，容易被果農(nóng)接受購買。

3）試驗(yàn)表明：采摘器可以完成果實(shí)采摘?jiǎng)幼鳎夷苓_(dá)到最初設(shè)計(jì)的要求與期望。同時(shí)，在之后的調(diào)試和改進(jìn)中，將調(diào)整其整體協(xié)調(diào)性以及能耗比。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙亞平，郭旭紅，李文飛，沈長生 《一種輕型枇杷采摘器的設(shè)計(jì)》農(nóng)機(jī)化研究

[2]姜焰鳴，趙磊，陸華忠，呂恩利 《滾筒梳剪式荔枝采摘部件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化》華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)