全地形水果辅助采摘器的设计

赵金义 薛蕊 张玉良 孙瑞山

摘要：全地形辅助采摘器是利用三爪采摘机构、剪切夹取机构提高水果采摘的效率和保证所采摘水果的完整性，再通过全地形推车对采摘下的水果进行存放与运输的机器。全地形辅助采摘器整体均使用纯机械设计，利用手持杆件设计而成的三爪采摘机构、剪切夹取机构完成采摘，不仅避免了摘取高空水果果农需进行的爬树作业，同时提高了果农水果采摘的安全系数、采摘效率以及采摘的完整性。全地形推车设有三轮毂机构、升降支撑机构和简易梯子三个部分，其中三轮毂机构的设计使得推车行走和停放更加平稳，减少了水果运输过程中所受到的损伤，保证其完整性;升降支撑机构采用的是推车后部支撑高度可调节的杆件，使推车在停放时保持水平。简易梯子部分可以提高果农的采摘半径，提高采摘效率和安全系数。

关键词：效率采摘;水果完整型;升降机构;全地形

1 绪论

水果中含有非常丰富的营养成分，主要是碳水化合物、维生素和矿物质，还有有益于人体健康的生物活性物质。虽然水果与蔬菜在营养价值上有许多相似之处，但由于水果不需烹调，生食能避免营养素在烹调中的损失，最大发挥其营养作用。因此，水果的营养作用是其他食物所不能取代的。

随着水果种植业的发展，其中的诸多问题也慢慢地显现出来。例如在采摘过程中使用方法不当造成对水果的破坏[1] ，高空水果采摘难度较大，爬树作业的安全系数较低等问题[2] ，再者就是对于坡地果园水果采摘完成后的存放与运输问题，这些问题都是果农采摘运输水果时的难题。

根据以上现状及其背景，我们根据采摘时会遇到的各种问题进行了大量的分析和研究，就如何提高水果采摘效率、提高安全系数和方便坡地水果存放与运输[3] 这些问题提出构思，我们设计出了这款辅助采摘机器。

2 设计方案

通过对附近果园水果采摘情况的调查、研究和分析，结合实际，我们提出了以下设计方案：

（1）为了结构更加简单采用全机械结构。

（2）鉴于机构的效率采用手持式采摘机构。

（3）提高整个机构的协调性，使得机构简单易操作。

3 水果辅助采摘器的结构设计

我们对于市场上的采摘机构进行了解，对果园的参观和对果农的咨询，深入地了解到水果采摘的过程与要求，以及对于采摘下的水果的要求，对于这些问题，我们进行了深入的探讨，设计了两种采摘机构：三爪采摘与剪切夹取采摘[4] 。三爪采摘机构[5] 通过把手带动三只带有弧度的抓手固定水果，主要是抓取果实较大且不易破碎的水果;剪切夹取采摘是通过剪切果实的茎或枝丫，剪切部分切断水果茎，同时通过在刀背上加装夹取机构夹取，剪切夹取部分前窄后宽，根据不同植物的茎不同从而选择不同部分进行剪切，主要是采摘果实易碎或者果实茂密且较小的水果品种。

通过对于果农实际采摘情况发现，采摘过程中会对于高处水果的采摘有些困难，所以我们通过加高部分车体来提高果农的工作半径，梯子部分来源于车体，梯子更加稳固。

由于果树多生长于坡地，水果的运输较为困难，我们对于推车希望可以适应于不同的坡地，使车兜始终保持水平。在推车的后部支撑中加入可以升降的部分，在车到达预定位置后，可以通過调节升降部分，以适应不同的坡地。控制部分在车把手上，通过对于控制车把手，使安装在车后部支撑部分的固定块移动，从而使在车后部的支撑杆由于重力原因下降，升降部分到达地面后自动停止，左右升降部分互不联系，已达到适应不同坡度的情况。

4结论

我们设计的这款辅助采摘机器可以在水果采摘时大幅度地提升采摘的完整性，并且提高水果采摘的效率，减少果农工作时间。推车部分在各种坡地都可保证车斗维持水平，果农可以在上面进行高处水果的采摘作业，并且推车的平稳行既代替了果农爬树，又提高了安全系数，同时车斗空间充足，水果不易滚动和掉落，保证了水果的存放与运输。

全地形辅助采摘器在提高水果采摘效率的同时兼顾水果采摘的完整度，更适用于果农作业;机器便捷，操作简单易懂，单人操作即可;结构简单，制作成本低，短期内可实现，更加符合果农实际情况。

参考文献：

[1] 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.

[2] 蓝峰，苏子昊，黎子明，谢舒.果园采摘机械的现状及发展趋势[J].农机化研究，2010，32（11）：249-252.

[3] 徐斌.便携式水果分级采摘器的原理与应用[J].现代农业科技，2007（13）：203+205.

[4] 杨文亮.苹果采摘机器人机械手结构设计与分析[D].江苏大学，2009.

[5] 成理鹏，张继光，李春雪.一种水果采摘机的结构及功能设计[J].南方农机，2018，49（01）：34.

作者简介：

赵金义（1998.02-），男，汉族，山东滨州人，学生，机械设计制造及其自动化专业

薛蕊（1981.06-），女，汉族，山东济宁人，硕士，副教授，主要研究方向为控制工程

（作者单位：青岛黄海学院）