核桃采摘机械手的创新设计*

类成朋，王志坤，王爱波

(德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)

0 引言

随着种植业的发展及科学技术的进步，我国的机械化水平也越来越高，其种植规模不断地扩大，农业种植水平也正在趋向于机械化和智能化[1]。由于机械化的水平不断提高，大大地增加了采摘的效率，节约了劳动成本。因此，人们在不断地设计改进生产机器。在大型机械方面，如美国的大型农业生产机械，不仅提高了生产效率，降低了劳动量，而且还提高了生产质量。在小型机械方面，如播种机、耕地机，大大减少了劳动成本。而果实采摘机作为农业机械机器中的一种类型，其应用也比较广泛，如苹果采摘机、草莓采摘机、甘蔗采摘机等等。本文讲述了果实采摘机的其中一种机械类型——核桃采摘机。

1 核桃采摘机构的设计

核桃采摘机作为果实采摘机的其中一种类型，其功能和普通的果实采摘机结构相似，但在原有的基础上又有所改进，如采用了核桃吸附式，采用真空吸气的方式对果实进行吸附；抓拉核桃式，可对核桃进行有目的的采摘；核桃剪切式等等。在进行核桃采摘机械结构的设计时，充分地应用了各个方式的优点并进行了结合。

1.1 结构的设计

1.1.1 机械传动装置

在果实采摘机的形式及方向设计上，因为该机构在运动时是各个机构同时进给运动的，因此，在机械传动装置选择上，由于传动距离相对较长，故可采用链传动和带传动。因此对两者的优缺点进行比较：

◆ 带传动：传动速度平稳，传动比稳定，但带传动不适合应用于低速运动，会造成传动不稳定，阻碍采摘机的正常运动，因此不适合采用带传动[2]。

◆ 链传动:链传动的安装精度要求相对于带传动的安装精度要求较低，并且链传动不仅可以在环境恶劣的情况下进行正常的工作，并且，链传动与带传动相比较，可以进行远距离传动。虽然链传动的瞬时传动比与带传动的瞬时传动比相比不稳定，而且装置的行进速度不稳定，但对于采摘机构来说，不影响该机械的正常工作。因此可选择链传动。

1.2 运动类型及规律的设计

1.2.1 动力源

核桃采摘机的动力来源采用了人工与机械控制相结合的方式。在能源供给上，不仅采用了石油供给，而且采用了太阳能充电的方式给采摘机进行能源供给。解决了户外作业时能源不足的问题。

1.2.2 核桃采摘机的工作原理

1.制止处；2.果实通道；3.果实出口；4.分流板；5.固定剪刀；6.活动剪刀；7.运动复位弹簧；8.果实出口；9.链条；10.固定支架

在进行核桃采摘时，核桃进入到采摘腔内，遥控活动剪刀(6)进行果实的根茎剪切，切断后核桃会自动地从分流板滑下，而体积较小的核桃会从小出口处(7)流出，合格的核桃会经过出口处(8)流入到收集网中[3]。

1.2.3 核桃收集装置

核桃在采摘时，齿形剪刀会自动地剪切核桃，剪切后，核桃会自动地进入通道内，并且在重力地作用下，自动地滑到地面的收集器内，减少了人工收集的工作量[4]。

1.2.4 无线控制装置

在对核桃进行采摘时，为了减少遗漏的果实，减少损失，该采摘机械结构安装了红外感应装置，可对果实进行自动搜寻、定位，减少了果实的浪费。

1.2.5 太阳能自动发电装置

由于采摘机经常进行户外作业，故在该装置的动力源上安装了太阳能自动发电的装置，这样，不仅节约了能源，还解决了能源供给不足的问题[5]。

2 主要功能及创新点

1) 避免了人工爬树采集的麻烦，降低了户外作业的危险性。

2) 使用范围比较广，可用于苹果、梨等各种果实的采摘，而且效率比较高。

3) 机械结构设计合理，使用方便灵活。该机械还采用了红外线自动搜寻定位的功能，能自动搜寻遗落的果实，减少了浪费。安装了太阳能自动发电装置，节约了能源。

3 应用前景

随着农业机械的快速发展，其智能化也在不断的发展，核桃采摘机也在不断的向智能化方向迈进，在提高工作效率的基础上，降低了劳动成本。其市场前景广阔。再结合其他装置的结构，应用更加广泛，带来了巨大的经济效应。

[1] 金旭星.果实采摘机械手的创新设计[J].农机化研究,2009,31(7):139-141.

[2] 原大宁,张彦斌,刘宏昭.3自由度空间并联机器人机构设计与分析[J].农业机械学报,2009,40(11):208-211.

[3] 叶梅燕,石志新.机器人机构方位特征集自动生成算法[J].农业机械学报,2017(12):1-7.

[4] 周增产,Bontsema J,L. Van Kollenburg-Crisan.荷兰黄瓜收获机器人的研究开发[J].农业工程学报,2001(6):77-80.

[5] 周振清,尚绍英.收获柑桔等果实的机器人[J].世界农业,1990(2):10-11.