一種氣囊式智能水果采摘器的結構設計及應用

黃世剛 金曉怡 李亮 黃正飛 鄭大彬

摘要：為解決人工輔助采摘工具結構復雜，且不利于攜帶、采摘效率低等問題，設計了一款結構簡單、對水果有保護效果的氣囊式水果采摘機構，該機構利用電機的正反轉來實現采摘裝置的方向轉動，確保對水果的高效采摘，分級氣囊對水果表面起到保護作用，提高果農的經濟效益。

關鍵詞：采摘器;可伸縮性;便攜式

中圖分類號：S225.93 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0167-01

0 引言

在傳統水果的生產作業中，果實成熟后的采摘是整個生產中最耗時費力并且容易造成損失的一個環節。水果收獲期間需投入的勞動力占整個種植過程的50%～70%。水果收獲具有很強的時效性，屬于典型的勞動密集型的工作[1]，但是由于采摘作業基本上還是手工完成[2]，高處果樹水果的采摘還帶有一定的困難性和危險性[3]，因此研發人工采摘水果機械裝置具有重要意義。結合經濟性和實用性，設計了一款利用氣囊式輔助采摘高枝單果的裝置，該種單果采摘器主要適用于地形復雜的山區農戶和小型水果園使用[4]，有助于提高水果采摘效率，減少采摘成本，降低勞動強度[5]。

1 設計思路

輔助采摘裝置的類型主要分為大型和小型，其中大型采摘裝置：高成本，高功率，受地形因素影響大，特別是云貴川地區，以丘陵為主，受地理位置影響，果農的種植規模較小，大部分都播種在丘陵和坡地上，不宜使用大的機械設備進行采摘。這些土壤通常具有較少的有機質，較淺的土壤層，較少的保水性和肥料保留，以及收獲期間較高的風險因素。我們針對這些情況，設計一款結構簡單，成本低，適用于山地、丘陵的小型人工輔助采摘結構。

2 結構分析

2.1 功能分解

功能分解如圖1所示，將采摘功能分解為動力源與采摘方式。

2.2 功能元解

功能元解如表1所示，利用手持施力，電機轉動以及充氣泵作為動力源，氣囊將采摘對象包裹后，進行夾持扭轉，完成采摘操作。

2.3 結構組成

本氣囊式水果采摘器機械結構如圖2所示，包括采摘氣囊，轉向機構，絲桿滑臺螺桿和伸縮裝置，電機，充氣泵等，其中電機和絲桿滑臺螺桿作為轉向裝置的主要動力，隨著螺桿和電機的轉動，使連桿機構運轉，采摘氣囊實現可控角度的轉向，繞過樹枝等障礙物，對水果進行采摘，采摘氣囊由分級氣囊組成，在采摘過程中可根據水果的實際位置，調節采摘器的伸縮裝置，使采摘器伸長到有利于對水果采摘的高度，通過控制充氣泵，使分級氣囊達到充氣狀態，將水果包裹，水果被固定在分級氣囊間隙，將水果與樹枝分離，完成一次采摘。

3 結語

本文設計的水果采摘器利用電機的正反轉，使連桿機構轉動副偏轉適宜角度，帶動采摘裝置旋轉，便于采摘裝置到達任意采摘對象的下方[6]，伸縮裝置的設計，彌補了傳統采摘機構不可延長的缺陷，可實現對隨機分布的水果進行采摘[7]，采摘氣囊解決了普通采摘器采摘水果品種單一的問題，在采摘時可按照水果不同的品種和尺寸大小控制分級氣囊的充氣狀態[8]，將水果固定在分級氣囊中，并且對水果表面起到保護作用，使水果不受損傷，保證營養價值不流失，提高水果的商業價值。

參考文獻

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