一種便攜式水果采摘器的設計

郭雄 鄧庭超 謝智琛 鄧雄明 彭康雙

摘要：針對目前廣東喬木類果樹采摘現狀，通過調研廣東喬木類果樹品種及其產地生長環境，設計了一種結構簡易，造價合理的輔助水果采摘設備。在前期進行大量前期調研及原理研究后，我們進行了樣機的試研制與驗證調試。該采摘器為電動式人工輔助控制設備，其通過電力驅動裝置輸出動力使剪切模塊完成剪切動作，果實通過柔性導管滑落到果籃。樣品實驗表明：該果實采摘器通用性強、效率更高，便于降低勞動強度。

關鍵詞：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的果園現狀“規模小、坡地多，行間郁蔽嚴重，人通行都困難，大型機具更難以入園，機械采收難度大。因水果產地環境約束以及水果品質要求，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采摘易受天氣影響，難以在臺風季節迅速采摘，易給果農帶來極大的經濟損失，為此研究機械化輔助水果采摘設備具有重要研究意義。

我們的前期調查顯示，為了提高水果采摘效率，各國都在自動采摘方面加強了研發，但實現工業化生產還有很長的一段距離，主要原因是生產成本高，果實識別率、采摘效率低。針對該現狀，研究人員對轉化率高、價格低廉的輔助采摘器械進行了研究，有些已推向市場，但已有的輔助采摘器械存在著種種缺點。

為了給廣東喬木類果樹果農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境，在前期對其果梗切割力學特性研究的基礎上，設計了一種輔助水果采摘設備。同時介紹其相關原理并制作樣機進行實驗驗證。

1 采摘器設計要求

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器進入。調查顯示，喬木類果樹樹高為3-6m，果實特征多為皮薄、含水量高，采摘過程容易損傷表皮，照成產品質量的下降，降低果農收益。根據其產地環境特點及產品品質要求，采摘器的設計需達到以下工作性能：

1）采摘器必須結構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航性適合戶外工作。

3）為適應不同高度的果樹進行果實采摘工作，采摘器需有可伸縮的工作杠。

4）確保果實在經采摘器采摘后能夠柔性地滑落至果籃，盡可能保證果實的表面質量。

2采摘器整體結構及工作原理分析

基于上述要求，采摘器所采用的結構如圖a，其主要包括剪切模塊、刀盤動力模塊、伸縮桿模塊、控制模塊、傳輸模塊及電源模塊。其中，剪切模塊由活動刀片、固定刀片、偏心輪組成，刀盤動力模塊包含電機及減速齒輪組組成，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，通過導線經過伸縮桿與刀盤動力模塊連接用以控制電機。采摘器采用12v可充電式鋰電池供電，與保護電路構成電源模塊，為整機提供動力。

在進行果實采摘時，操作者需先打開保護開關，而后按動控制模塊上的啟動開關，便可讓刀盤動力模塊中的電機啟動并帶動減速齒輪，通過剪切模塊中的偏心輪將旋轉運動轉換為直線往復運動。帶動活動刀片完成剪切動作，從而果實落入柔性管道柔性滑落至果籃，完成采摘過程。

4樣機制作與試驗驗證

進入果園進行采摘實驗，操作者經過采摘后感覺該采摘器使用方便，省時省力。采摘過程中通過伸縮桿模塊進行長度調節，便于采摘高空處果實，采摘器適用高度在2m-4m。操作時按下控制模塊上的啟動按鈕即可執行剪切果梗的動作，果實隨即落入傳輸網中，并柔性滑落至果籃。通過傳輸模塊進行果實傳輸，使得果實能較完整地落入果籃。

5 結論

1）采摘器用鋰電池供電，大扭矩電機進行驅動，工作續航能力強，適宜戶外工作環境。

2）采摘器的刀盤動力模塊、控制模塊結構簡單，模塊緊湊，同時該采摘器加工方便試驗機造價350元左右，成本較為低廉，容易被果農接受購買。

3）試驗表明：采摘器可以完成果實采摘動作，且能達到最初設計的要求與期望。同時，在之后的調試和改進中，將調整其整體協調性以及能耗比。

參考文獻：

[1]趙亞平，郭旭紅，李文飛，沈長生 《一種輕型枇杷采摘器的設計》農機化研究

[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計與優化》華南農業大學學報