一種高效的小型水果采摘裝置

郭子興 郝國凱 袁靜慧

摘 要：在科技高速發(fā)展，行業(yè)技術革新的現(xiàn)在。機器取代人工，實現(xiàn)高效經濟的作業(yè)效果已成為社會發(fā)展趨勢。針對人力進行水果采摘，人力成本高、效率低且具有作業(yè)人員安全隱患的情況，進而設計一款用于水果采摘的裝置。致力于高效率、低成本、人性化實現(xiàn)采摘工作。為我國現(xiàn)代化農業(yè)生產提供一種安全可靠高效的生產裝置，對于我國水果種植業(yè)的發(fā)展具有深遠影響。

關鍵詞：水果采摘；高效；多品種

1 項目的背景：

現(xiàn)階段隨之工業(yè)科學技術的發(fā)展，農業(yè)現(xiàn)代化越來越受到重視，把先進的科學技術廣泛應用于農業(yè)，從而提高產品質量，提高生產效率，降低生產成本，不斷提高科技對生產的增產貢獻率。而在農業(yè)生產過程中水果種植行業(yè)的發(fā)展由于其的高利潤性，因此必然是重中之重。

目前我國果園總面積和總產量一直穩(wěn)居世界第一。同時，果品的質量和產業(yè)化水平也在不斷發(fā)展和提高。目前，果品產業(yè)已成為繼糧食、蔬菜之后的第三大農業(yè)種植產業(yè)，是國內外市場前景廣闊且具有較強國際競爭力的優(yōu)勢農業(yè)產業(yè)。其中，小型水果如：核桃，櫻桃，荔枝等種植較為廣泛。因此開展對此類水果的采摘方式的研究極有應用前景和意義。

2 產品簡介：

多品種小型水果采摘機，該作品主要是解決在水果采摘季節(jié)，果農無法進行大機器的批量化采摘，打破以往的主要依靠人工采摘這種低效浪費的傳統(tǒng)采摘方式。該裝置的機械手臂在絲杠加光軸傳動控制下，可以實現(xiàn)上下高低靈活運動，快速、準確地夾持樹干進行低頻振動。以大棗為例，樹干上的大棗隨著振動從樹體上快速脫落，落入裝置底部上一個傘形裝置內以便果農收集裝箱，同時由于不同成熟程度的果實在面臨晃動時，其先后脫落的順序是不同的。成熟程度越大的果實，其果實與樹枝間的連接部位的連接越脆弱。反之，成熟程度越低的果實其連接處擺脫束縛所需的力量越大。因此我們創(chuàng)新性的提出通過控制振動頻率的切換進而實現(xiàn)對不同成熟程度水果的區(qū)分性采摘。

該作品其主體結構主要是以鋁型材為外部框架，內部主要通過大扭矩直流電機搭配絲桿加光軸結構以實現(xiàn)裝置上部機械抓手裝置的上下運動。在絲杠平臺之上則主要依靠光軸與鏈輪所固定，而鏈輪則通過鏈條與其下部無刷電機相連接，從而實現(xiàn)動力的傳輸。而在上部，則主要依靠光軸與偏心輪結構相連接，從而實現(xiàn)將電機的轉動轉化為機械抓手的前后晃動運動，進而實現(xiàn)對果樹的晃動，從而達到對果實的采摘效果。此外，在絲杠升降過程中，我們采用獨特的二連桿彈簧復位機構，利用彈簧的拉力以實現(xiàn)鏈輪與鏈條之間的配合。

3主要機械部分設計：

3.1二連桿彈簧復位機構

本著機械服務于生活，更要來源于生活的態(tài)度。我們在面臨著在絲杠升降過程中，主動力電機與傳動軸上鏈輪之間距離無法保持不變，鏈條無法與鏈輪進行咬合的情況，我們從生活中經常用到的自行車中收到了啟發(fā)。在看到變速自行車上可自主變速的變速器時，我們萌生了這種二連桿彈簧復位機構的想法。該機構其內部主要是一大扭矩扭簧和一根普通彈簧以及連桿所組成，依靠于彈簧和扭簧的拉力，保證傳動軸上的鏈輪、主動力電機的鏈輪以及鏈條之間的嚙合。并且其成本低廉，簡易安裝

3.2五連桿平夾自適應機械手

該機械手采用五連桿的連接方式，當電機驅動1桿時，1桿帶動2桿，2桿帶動3桿，3桿帶動4桿依次運動實現(xiàn)包絡。

其自適應主要體現(xiàn)在當4桿受到阻力運動時，4桿保持不動，1桿繼續(xù)轉動，此時2桿轉動并帶動3桿，但由于4桿受阻力無法移動，此時3桿將以其于4桿鏈接部位進行轉動，從而使得3桿頂端向下回旋進而實現(xiàn)對其所加持樹干的一個自適應。

此外由于該機械抓爪采用五連桿的連接方式故在機械抓的運動過程中機械爪兩側3桿頂端始終處于同一水平線上，這就實現(xiàn)了機械爪的平夾功能，保證了完整的包絡樹干。

4電子部分設計

在電子控制方面，我們本著簡單操作，容易上手的原則。目前模型采用遙控模式，通過一臺六通道遙控器控制多臺電機，避免了繁瑣復雜且困難的圖像識別技術。通過直流電機正反轉電調、無刷電調、42步進電機驅動、ardunio單片機等模塊直接與六通道遙控器接收機相連接，實現(xiàn)一鍵式控制，簡單操作，極易上手。

5.結語

替代傳統(tǒng)人工進行生產，避免了生產效率慢，生產成本高，生產具有危險性鄧問題，以及機器生產來代替人工生產，符合現(xiàn)代化農業(yè)的發(fā)展需求，迎合時代發(fā)展潮流，是很有研究意義的。

參考文獻：

[1]樹枝振動式核桃采摘機的制作方法與工藝技術，X技術，2001，11866461

[2]水果采收機械的現(xiàn)狀與發(fā)展，廣東農業(yè)科學，2012-08-25

[3]大棗采摘分選一體機，農產品加工，2017-12-30