“剪式伸缩”水果采摘器设计

杨广文　刘必强　邹华杰　张维　宋建

【摘 要】针对高空采摘水果的现有技术不足，提出一种基于“剪式伸缩”方法的水果采摘器。该装置能有效解决高空水果采摘时快速现实水果定位的问题，采用保护装置能避免水果表皮损伤，从而提高采摘效率以及水果质量。方便果农进行高空水果采摘，推进机械化在农业发展中的应用。

【关键词】水果；采摘；剪式伸缩；定位

中图分类号： S225.93 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0012-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.006

【Abstract】Aiming at the shortcomings of the prior art for picking fruits at high altitude， a fruit picker based on the “scissor stretching” method is proposed. The device can effectively solve the problem of rapid and realistic fruit positioning during high-altitude fruit picking， and the protection device can avoid fruit skin damage， thereby improving picking efficiency and fruit quality. It is convenient for fruit farmers to carry out high-altitude fruit picking and there is promoting the application of mechanization in agricultural development.

【Key words】Fruit； Picking； Scissor-type Telescopic； Positioning

0 引言

随着社会的进步，我国农业也在不断地朝机械化方向发展。目前，高空摘水果一般都是人工采摘，费工费时，水果从高空采摘下来损坏的很多，而且高空人工采摘危险系数较大。另外，现有高空摘果工具，虽然解决了不需攀高摘果，但在高空视野不清条件下，很难快速实现水果定位，这就给采摘带来很多的不便，费工费时，且会经常碰伤水果，造成水果外皮损伤，不利于水果的出售和保存。

本文研究中将对现有采摘剪切装置进行优化，实现快速定位并提高其工作效率，以解决目前市面上采摘器械工作效率和利用率低的问题。采摘器应不损伤水果，有利于对水果的收集且收纳、携带方便。

1 水果采摘器的现状分析

现有的高空水果采摘器产品的种类很多，根据其剪切果柄的方式不同，大致可分为三种：剪刀式[1-2]、拉拽式[3-4]和旋转式[5]。剪刀式水果采摘器是利用剪刀剪断果柄；拉拽式水果采摘器是通过拉拽水果使果柄处断裂；旋转式水果采摘器是通过旋转水果而使之在果柄处断裂。

现有的水果采摘装置主要存在问题如下：（1）定位效果差。旋转式水果采摘器需要事先将水果牢牢抓住后才能旋转果柄，而剪刀式水果采摘器需要将果柄置于剪刀内后才能剪切，在高空视野不清条件下，很难快速实现水果定位。

（2）损伤可能性大。拉拽式水果采摘器是通过强行拉拽而折断果柄，在这个过程中不能保证仅果柄断裂点，有可能会使水果在根部损伤。旋转式水果采摘器牢牢抓住水果会对水果产生挤压，从而使水果损伤。剪刀式水果采摘器因剪刀裸露在外部，可能会使刀刃划伤水果表皮。

（3）采摘效率低。旋转式和剪刀式水果采摘器在水果定位时消耗时间长，另外使用旋转式水果采摘器过程复杂，操作步骤多，都会使得采摘效率低。

2 总体方案设计

本文所设计的“剪式伸缩”水果采摘器，如图1所示，主要由剪切机构、驱动机构、保护机构、落袋机构、长杆、短杆、连接器、遥柄以及弹簧等组成。剪切机构、保护机构以及落到机构安装在短杆上，驱动机构安装在长杆上，长杆与短杆由连接器连接且能成一定角度。

其工作原理如下：当水果处于四边形框中时，摇动遥柄或者启动电机驱动滚轮转动，带动连接绳，经滑轮后，拉动剪切机构，使其在水平方向上伸长且垂直方向收缩，并压缩弹簧，当上下两端闭合后形成剪切力，剪断水果柄后掉入落袋机构，并从末端滚出，完成剪切任务后，松动遥柄或电机，压缩后的弹簧恢复到平衡形状，推动剪切机构回到初始状态。通过调节长杆与短杆之间的角度，即可实现对高空特殊位置水果的采摘。

2.1 剪切机构

剪切机构示意图如图2所示。由2片普通刀片和2片锯齿刀片所组成，普通刀片与锯齿刀片两端都有圆孔，将其相邻排列，形成一个平行四边形，并通过销将其固定。通过销1使其安装在保护装置上，通过销2与连接绳进行连接。连接绳拉动销2，使得刀片向中间合拢，最终形成剪切。剪切机构的工作过程如图3所示，分为初始状态，中间状态及剪切状态。

2.2 保护装置

保护装置示意图如图4所示。包含上盖和下盖，剪切机构安装在上盖与下盖中间，通过圆柱销与盲孔的配合将上、下盖合紧，通孔用来与销1连接，固定剪切机构位置。剪切机构处于保护装置内，对初始状态的剪切机构进行遮盖，避免刀刃划伤水果表皮，起到保护水果作用。

2.3 落袋机构

落袋机构示意图如图5所示。安装在剪切机构正下方，水果由入口端掉入后，沿网兜缓缓滑落，最后从出口端滚出。调节圈可调节该处网兜尺寸大小，用于减缓水果滑落速度。

2.4 角度调整装置

角度调整装置示意图如图6所示。通过安装孔与长杆连接固定，而通过转向孔与短杆连接固定。短桿与长杆之间的角度共有3个工作位，分别为0°、30°、60°，可根据实际需要调节角度，方便对特殊位置的水果进行采摘。

2.5 驱动机构

驱动机构示意图如图7所示。由滚轮、遥柄以及外壳组成。外壳安装固定在长杆上，连接绳末端固定在滚轮上，并通过手动摇动遥柄（亦也电机驱动），驱动滚轮转动，使连接绳缠绕在滚轮上，最终带动剪切机构移动，驱使刀片合拢，形成切削力。

3 总结

本文设计的水果采摘器，采用基于“剪式伸缩”原理的剪切机构，应用电机作为驱动，实现半自动采摘。创新特色如下：（1）采用基于“剪式伸缩”原理的剪切机构，实现在高空视野下对水果的快速定位。（2）设计一种剪切保护装置，避免水果被刀头擦伤表皮，保障水果质量。应用电机作为驱动，实现半自动采摘，丰富机电一体化产品种类。其不仅可以有效减轻采摘者的劳动强度，采摘效率高，具有十分广阔的市场前景。

【参考文献】

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[5]刘爱英，闫相文，王传明，张兆欣.摘果机：中国，201510066057.6[P].