大棚草莓無人化自動采摘裝置的設(shè)計與研究

樓建忠　麻桂楊

摘 要 針對大棚栽培草莓采摘季節(jié)性強，人工采摘效率低等問題。該文設(shè)計開發(fā)了一種應(yīng)用于大棚草莓無人化采摘的自動采摘裝置。該裝置由草莓自動采摘機、輔助搬運小車兩部分組成，通過電機驅(qū)動主動輪在導(dǎo)軌上運動，采摘機上的機械手上安裝有顏色傳感器，實時監(jiān)測草莓位置和成熟度，實現(xiàn)草莓的實時采摘，搬運小車通過升降交換爪實現(xiàn)與草莓自動采摘機的對接和收集盒的交換，從而實現(xiàn)大棚草莓無人化采摘。所研發(fā)的草莓采摘機為解決草莓采摘自動化提供了參考。

關(guān)鍵詞 大棚栽培 草莓 采摘機械 無人化

0引言

近年來，我國草莓種植面積迅速擴大，采摘周期短，成熟后若不及時采摘，容易發(fā)生腐爛。在國內(nèi)，水果采摘機械裝置的研究才剛剛起步，目前我國草莓采摘大部分靠人工采摘，勞動強度高，作業(yè)量大，采摘效率低。在草莓成熟旺季，需要雇傭足夠的人員來采摘草莓，嚴(yán)重制約草莓種植業(yè)的發(fā)展。

本文所設(shè)計的草莓無人化自動采摘機械裝置，適用于大棚人工栽培草莓的采摘，利用安裝于機械手上的顏色傳感器自動識別草莓，判斷成熟草莓的位置和成熟度，并進行實時采摘，運輸小車負(fù)責(zé)與草莓采摘車進行對接，并對草莓進行搬運，實現(xiàn)草莓采摘與搬運的銜接，解決了大棚種植草莓無人化采摘的問題。

1總體結(jié)構(gòu)與工作原理

草莓無人化自動采摘機械裝置包括草莓自動采摘機、輔助搬運小車和導(dǎo)軌。其中草莓自動采摘機負(fù)責(zé)草莓的采摘，輔助搬運小車負(fù)責(zé)采摘后草莓的自動運送，搬運后的草莓再進行分級和包裝處理，從而實現(xiàn)大棚草莓采收的無人化作業(yè)。

工作時，首先啟動草莓采摘機，通過傳感器識別草莓并進行實時定位，機械手爪抓取草莓并用刀片切下，將草莓放入輸送帶，輸送至草莓盒，重力傳感器感應(yīng)所采摘草莓的重量，當(dāng)達到給定重量時，給出指令，啟動草莓盒替換機構(gòu)，并啟動搬運小車，將草莓盒運送至指定地點，在該處進行草莓分揀，并完成草莓包裝。

2采摘裝置各機構(gòu)設(shè)計

2.1草莓自動采摘機械裝置

如圖1所示為草莓自動采摘機械裝置，其結(jié)構(gòu)包括采摘機械手、采摘機械手滑移導(dǎo)軌、輸送帶、升降交換刺爪、絲杠傳動機構(gòu)、主動輪、從動輪、導(dǎo)軌、錐齒輪對、升降交換爪和機架等。

草莓自動采摘機械裝置通過主動輪上的電機驅(qū)動，實現(xiàn)在導(dǎo)軌上自由滑移實現(xiàn)前進、后退和靈活轉(zhuǎn)彎，采摘機械手可在導(dǎo)軌上來回移動，實現(xiàn)滑移導(dǎo)軌范圍內(nèi)的草莓采摘，等這一區(qū)域內(nèi)的草莓被采光后，底部主動輪驅(qū)動，將整機移至下一個區(qū)域，導(dǎo)軌端部有接觸式傳感器，當(dāng)機械手移至端部時，及停止移動，發(fā)送信號給處理器，觸發(fā)底部主動輪電機運動。 機械手將采摘的草莓放入輸送帶，通過輸送帶將草莓送至放置于升降交換爪的草莓收集盒中，升降交換爪通過絲杠傳動實現(xiàn)升降，交換爪裝有重力感應(yīng)器，當(dāng)草莓采集到一定重量時，及與輸送小車進行收集盒交換。采摘手爪采用柔性材料，確保在采摘過程中不損傷草莓，機械手爪端部裝有顏色傳感器，通過顏色傳感器感應(yīng)所采摘草莓的成熟度，同時通過機械手爪端部的刀片旋轉(zhuǎn)割斷草莓。

2.2輔助搬運小車

設(shè)計的輔助搬運小車具有實時搬運功能，小車上設(shè)計有螺桿傳動升降機構(gòu)，可以實現(xiàn)與采摘主機的收集盒交換。輔助搬運小車通過主動輪驅(qū)動，用電機作為動力源實現(xiàn)小車的前進和后退，與草莓自動采摘機械裝置銜接配合，從而實現(xiàn)了整個大棚草莓的無人化采摘。

3創(chuàng)新點與特色

所設(shè)計的大棚草莓無人化采摘的機械裝置具有以下創(chuàng)新點：（1）利用顏色傳感器實現(xiàn)對草莓的實時識別與定位，從而實現(xiàn)了大棚草莓智能采摘；（2）利用重力感應(yīng)器自動感覺草莓重力，通過收集裝置自動交換機構(gòu)實現(xiàn)收集盒的自動交換，提高了草莓采摘的自動化；（3）通過輔助搬運小車實時對采摘后草莓進行搬運，將草莓搬運至指定位置進行分揀與包裝，實現(xiàn)無人化采摘與管理。該作品具有很大市場推銷廣應(yīng)用價值，同時解決了無人化一個采摘的實際問題。