便攜式水果采摘器的設(shè)計研究

管紅光 謝進 劉笑 姜修坤

【摘 要】本項目以帶柄類水果采摘為研究對象，在對目前類似機器的調(diào)查研究中，大多數(shù)都存在體型大、結(jié)構(gòu)復雜、不方便攜帶、造價昂貴、成本高等問題。針對這些問題，我們設(shè)計研究出了一款便攜的、采摘靈活的水果采摘機。此機器主要由采摘工作部分、控制部分以及其他結(jié)構(gòu)部件組成。當電機工作起來時便會帶動可移動拖碗，讓拖碗合攏，讓刀片對果柄進行切割，最終完成采摘。此機器不僅工作效率高，且成本低、實用，并且也可用于其它果品的采摘。

【關(guān)鍵詞】水果采摘;便攜;靈活高效

中圖分類號： S225 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.013

【Abstract】This project takes fruit picking with handle as the research object. In the investigation and research of similar machines， most of them have the problems of large size， complex structure， inconvenience to carry， high cost and so on. To solve these problems， we designed and developed a portable and flexible fruit harvester. The machine is mainly composed of picking working part， control part and other structural parts. When the motor works， it will drive the movable bowl， let the bowl close， let the blade cut the fruit handle， and finally complete the picking. This machine not only has high efficiency， low cost and practicality， but also can be used for picking other fruits.

【Key words】Fruit picking; Portable; Flexible and efficient

0 引言

水果采摘器的研究始于上世紀70年代末，國內(nèi)外專家通過近三十年的研究發(fā)表了大量的研究論文和報告，同時也相應(yīng)的開發(fā)了各種原型機。由于國內(nèi)機械化采收存在著效率不高、容易損傷果實及產(chǎn)量損失大等問題。并且在水果產(chǎn)業(yè)中，并沒有針對水果采摘的機器出現(xiàn)，因此有必要研究一款專用于水果的采摘機。

采摘作業(yè)質(zhì)量直接影響水果的儲存、加工和銷售，從而最終影響到水果的存儲、加工和銷售，從而最終影響市場價格和經(jīng)濟效益。但由于國內(nèi)水果的采摘作業(yè)環(huán)境和操作的復雜性，水果采摘的自動化程度依然很低，目前國內(nèi)的水果采摘作業(yè)基本上還是手工完成，并且高枝水果的采摘還帶有一定的危險性，因此機械正在逐漸代替人們原始的勞動工具和原始的勞動方法，而且現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正呈現(xiàn)著前所未有的發(fā)展?jié)摿Γ虼藨?yīng)應(yīng)用所學的知識去分析、解決該類問題。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

該便攜式水果采摘器主要由伸縮桿、步進電機、活動滑塊、可移動桿、可移動拖碗、以及刀片等部件組成。在需要采摘水果時，步進電機帶動絲杠使可移動桿運動，帶動拖碗合攏，刀片對果柄進行切割。

1.2 工作原理

水果如何夾持是一個很重要的問題，如果夾的太松，在采摘水果的時候就會不順利;如果夾的太緊就會使果肉損傷。我們用兩個托碗來夾持固定水果以便于采摘。同時我們在托碗中放置了柔性海綿，不僅可以避免碰傷水果，同時也可以增大摩擦力使水果被夾持得更穩(wěn)。

1.固定拖碗? 2.固定桿? 3.導軌? 4.步進電機? 5.伸縮桿? 6.電源及電路盒? 7.活動滑塊? 8.絲杠? 9.可移動桿? 10.可移動拖碗

1.可移動拖碗? 2.柔性海綿? 3.固定拖碗

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 采摘（斷柄）裝置的設(shè)計

安裝在可移動托碗頂部的刀刃和刀槽在步進電機動力的帶動下進行合攏將果柄切斷，水果的果柄被切斷后，水果就留在拖碗中。托碗橫向移動的速度在0.03m/s左右，這樣在采摘水果的過程中可以對要切割的果柄位置進行小范圍調(diào)整。

1.刀刃? 2.刀槽

2.2 傳動裝置的設(shè)計

整個裝置當需要采摘水果時，由步進電機提供動力。步進電機帶動絲杠進行旋轉(zhuǎn)，從而使得可移動桿在導軌上左右移動。來拖動拖碗的開合，對果柄進行切割。

3 采摘力的確定

假設(shè)水果的直徑為φ，夾緊塊的反作用力為f2，摩擦力為f，摩擦因數(shù)為μ，水果重力為G。

由平衡條件得

式中f2——果實對夾持塊的反作用力。

夾緊機構(gòu)與水果相接觸的那一側(cè)可以貼上一層海綿，海綿與水果的摩擦因數(shù)μ取0.5，

取G=1.47N，則F2=0.8N，即F2≥0.8N當則能保證水果不會掉下。實驗表明對水果直徑方向壓縮2 mm所需的力大于0.8 N，因此水果直徑方向變化2 mm而不會損傷其果肉，則可以采用限定這個壓縮量用于采摘。

4 總結(jié)

水果是我們健康的保護傘，我們在挑選水果時一定會挑選不磕不碰的新鮮水果，該水果采摘機正是契合了這兩點，既能保護果子在采摘時不受磕碰，又能不損傷果樹。

此機器不僅僅可以用于香梨、蘋果的采摘，還可應(yīng)用于其他與水果同體積外形的水果，使用范圍還是比較廣的，因此市場前景較為可觀。

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※基金項目：大學生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201810757008）。

作者簡介：

管紅光（1990—），本科生，新疆輪臺縣人。