一种气囊式智能水果采摘器的结构设计及应用

黄世刚 金晓怡 李亮 黄正飞 郑大彬

摘要：为解决人工辅助采摘工具结构复杂，且不利于携带、采摘效率低等问题，设计了一款结构简单、对水果有保护效果的气囊式水果采摘机构，该机构利用电机的正反转来实现采摘装置的方向转动，确保对水果的高效采摘，分级气囊对水果表面起到保护作用，提高果农的经济效益。

关键词：采摘器;可伸缩性;便携式

中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0167-01

0 引言

在传统水果的生产作业中，果实成熟后的采摘是整个生产中最耗时费力并且容易造成损失的一个环节。水果收获期间需投入的劳动力占整个种植过程的50%～70%。水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作[1]，但是由于采摘作业基本上还是手工完成[2]，高处果树水果的采摘还带有一定的困难性和危险性[3]，因此研发人工采摘水果机械装置具有重要意义。结合经济性和实用性，设计了一款利用气囊式辅助采摘高枝单果的装置，该种单果采摘器主要适用于地形复杂的山区农户和小型水果园使用[4]，有助于提高水果采摘效率，减少采摘成本，降低劳动强度[5]。

1 设计思路

辅助采摘装置的类型主要分为大型和小型，其中大型采摘装置：高成本，高功率，受地形因素影响大，特别是云贵川地区，以丘陵为主，受地理位置影响，果农的种植规模较小，大部分都播种在丘陵和坡地上，不宜使用大的机械设备进行采摘。这些土壤通常具有较少的有机质，较浅的土壤层，较少的保水性和肥料保留，以及收获期间较高的风险因素。我们针对这些情况，设计一款结构简单，成本低，适用于山地、丘陵的小型人工辅助采摘结构。

2 结构分析

2.1 功能分解

功能分解如图1所示，将采摘功能分解为动力源与采摘方式。

2.2 功能元解

功能元解如表1所示，利用手持施力，电机转动以及充气泵作为动力源，气囊将采摘对象包裹后，进行夹持扭转，完成采摘操作。

2.3 结构组成

本气囊式水果采摘器机械结构如图2所示，包括采摘气囊，转向机构，丝杆滑台螺杆和伸缩装置，电机，充气泵等，其中电机和丝杆滑台螺杆作为转向装置的主要动力，随着螺杆和电机的转动，使连杆机构运转，采摘气囊实现可控角度的转向，绕过树枝等障碍物，对水果进行采摘，采摘气囊由分级气囊组成，在采摘过程中可根据水果的实际位置，调节采摘器的伸缩装置，使采摘器伸长到有利于对水果采摘的高度，通过控制充气泵，使分级气囊达到充气状态，将水果包裹，水果被固定在分级气囊间隙，将水果与树枝分离，完成一次采摘。

3 结语

本文設计的水果采摘器利用电机的正反转，使连杆机构转动副偏转适宜角度，带动采摘装置旋转，便于采摘装置到达任意采摘对象的下方[6]，伸缩装置的设计，弥补了传统采摘机构不可延长的缺陷，可实现对随机分布的水果进行采摘[7]，采摘气囊解决了普通采摘器采摘水果品种单一的问题，在采摘时可按照水果不同的品种和尺寸大小控制分级气囊的充气状态[8]，将水果固定在分级气囊中，并且对水果表面起到保护作用，使水果不受损伤，保证营养价值不流失，提高水果的商业价值。

参考文献

[1] 侯从聪，王孟业，侯亚璇，李德胜.辅助人工便携式水果采摘器[J].内燃机与配件，2018（13）：225-226.

[2] 秦涛，李江江，石刘洋.一种旋转切割式水果采摘器设计[J].林业机械与木工设备，2019，47（03）：37-40.

[3] 赵志彬，胡钧阳.纯机械环包式高空摘果器设计[J].内燃机与配件，2018（17）：219-220.

[4] 马质璞，张抗，谭骥，刘宏伟.一种新型单果采摘器的设计[J].机械设计与制造，2017（05）：252-255.

[5] 薛彪，叶昕，房卓娅，衡金龙，周子健，魏洁安.便携式高空水果智能采摘器[J].科学技术创新，2019（10）：185-186.

[6] 杨广文，刘必强，邹华杰，张维，宋建.“剪式伸缩”水果采摘器设计[J].科技视界，2018（31）：12-13+32.

[7] 赵文宝，丁颂，庞培钊，王铭，郭爽.电动式水果采摘收集一体机的研制[J].长春师范大学学报，2019，38（02）：176-178+183.

[8] 张莎，冯聪利，赵培.水果采摘装置的现状及发展趋势[J].科技创新与应用，2019（07）：84-85.