一种便携式水果采摘器的设计

郭雄 邓庭超 谢智琛 邓雄明 彭康双

摘要：针对目前广东乔木类果树采摘现状，通过调研广东乔木类果树品种及其产地生长环境，设计了一种结构简易，造价合理的辅助水果采摘设备。在前期进行大量前期调研及原理研究后，我们进行了样机的试研制与验证调试。该采摘器为电动式人工辅助控制设备，其通过电力驱动装置输出动力使剪切模块完成剪切动作，果实通过柔性导管滑落到果篮。样品实验表明：该果实采摘器通用性强、效率更高，便于降低劳动强度。

关键词：通用性；采摘器

引言

广东的果园多为山地果园。正如杨欣教授所总结的果园现状“规模小、坡地多，行间郁蔽严重，人通行都困难，大型机具更难以入园，机械采收难度大。因水果产地环境约束以及水果品质要求，目前广东水果多为人工采摘，不仅采摘效率低，而且存在安全隐患。而广东水果广东乔木类果树的果实采摘易受天气影响，难以在台风季节迅速采摘，易给果农带来极大的经济损失，为此研究机械化辅助水果采摘设备具有重要研究意义。

我们的前期调查显示，为了提高水果采摘效率，各国都在自动采摘方面加强了研发，但实现工业化生产还有很长的一段距离，主要原因是生产成本高，果实识别率、采摘效率低。针对该现状，研究人员对转化率高、价格低廉的辅助采摘器械进行了研究，有些已推向市场，但已有的辅助采摘器械存在着种种缺点。

为了给广东乔木类果树果农提供一种简易且工作效率高的采摘器，本文通过分析广东乔木类果树的培育环境，在前期对其果梗切割力学特性研究的基础上，设计了一种辅助水果采摘设备。同时介绍其相关原理并制作样机进行实验验证。

1 采摘器设计要求

广东果树种植多为小果园、山地果园，且果树间距小，不适合大型果树采摘机器进入。调查显示，乔木类果树树高为3-6m，果实特征多为皮薄、含水量高，采摘过程容易损伤表皮，照成产品质量的下降，降低果农收益。根据其产地环境特点及产品品质要求，采摘器的设计需达到以下工作性能：

1）采摘器必须结构简单且制造成本低廉。

2）相较于人工采摘，采摘器需拥有更高的工作效率且具备较高续航性适合户外工作。

3）为适应不同高度的果树进行果实采摘工作，采摘器需有可伸缩的工作杠。

4）确保果实在经采摘器采摘后能够柔性地滑落至果篮，尽可能保证果实的表面质量。

2采摘器整体结构及工作原理分析

基于上述要求，采摘器所采用的结构如图a，其主要包括剪切模块、刀盘动力模块、伸缩杆模块、控制模块、传输模块及电源模块。其中，剪切模块由活动刀片、固定刀片、偏心轮组成，刀盘动力模块包含电机及减速齿轮组组成，伸缩杆模块包括上中下三管以及锁定按钮，为降低采摘器重量，同时使控制线路从中通过，伸缩杆采用空心管。

控制模块放置于伸缩杆下杆，通过导线经过伸缩杆与刀盘动力模块连接用以控制电机。采摘器采用12v可充电式锂电池供电，与保护电路构成电源模块，为整机提供动力。

在进行果实采摘时，操作者需先打开保护开关，而后按动控制模块上的启动开关，便可让刀盘动力模块中的电机启动并带动减速齿轮，通过剪切模块中的偏心轮将旋转运动转换为直线往复运动。带动活动刀片完成剪切动作，从而果实落入柔性管道柔性滑落至果籃，完成采摘过程。

4样机制作与试验验证

进入果园进行采摘实验，操作者经过采摘后感觉该采摘器使用方便，省时省力。采摘过程中通过伸缩杆模块进行长度调节，便于采摘高空处果实，采摘器适用高度在2m-4m。操作时按下控制模块上的启动按钮即可执行剪切果梗的动作，果实随即落入传输网中，并柔性滑落至果篮。通过传输模块进行果实传输，使得果实能较完整地落入果篮。

5 结论

1）采摘器用锂电池供电，大扭矩电机进行驱动，工作续航能力强，适宜户外工作环境。

2）采摘器的刀盘动力模块、控制模块结构简单，模块紧凑，同时该采摘器加工方便试验机造价350元左右，成本较为低廉，容易被果农接受购买。

3）试验表明：采摘器可以完成果实采摘动作，且能达到最初设计的要求与期望。同时，在之后的调试和改进中，将调整其整体协调性以及能耗比。

参考文献：

[1]赵亚平，郭旭红，李文飞，沈长生 《一种轻型枇杷采摘器的设计》农机化研究

[2]姜焰鸣，赵磊，陆华忠，吕恩利 《滚筒梳剪式荔枝采摘部件的设计与优化》华南农业大学学报