一种高效的小型水果采摘装置

郭子兴 郝国凯 袁静慧

摘 要：在科技高速发展，行业技术革新的现在。机器取代人工，实现高效经济的作业效果已成为社会发展趋势。针对人力进行水果采摘，人力成本高、效率低且具有作业人员安全隐患的情况，进而设计一款用于水果采摘的装置。致力于高效率、低成本、人性化实现采摘工作。为我国现代化农业生产提供一种安全可靠高效的生产装置，对于我国水果种植业的发展具有深远影响。

关键词：水果采摘；高效；多品种

1 项目的背景：

现阶段随之工业科学技术的发展，农业现代化越来越受到重视，把先进的科学技术广泛应用于农业，从而提高产品质量，提高生产效率，降低生产成本，不断提高科技对生产的增产贡献率。而在农业生产过程中水果种植行业的发展由于其的高利润性，因此必然是重中之重。

目前我国果园总面积和总产量一直稳居世界第一。同时，果品的质量和产业化水平也在不断发展和提高。目前，果品产业已成为继粮食、蔬菜之后的第三大农业种植产业，是国内外市场前景广阔且具有较强国际竞争力的优势农业产业。其中，小型水果如：核桃，樱桃，荔枝等种植较为广泛。因此开展对此类水果的采摘方式的研究极有应用前景和意义。

2 产品简介：

多品种小型水果采摘机，该作品主要是解决在水果采摘季节，果农无法进行大机器的批量化采摘，打破以往的主要依靠人工采摘这种低效浪费的传统采摘方式。该装置的机械手臂在丝杠加光轴传动控制下，可以实现上下高低灵活运动，快速、准确地夹持树干进行低频振动。以大枣为例，树干上的大枣随着振动从树体上快速脱落，落入装置底部上一个伞形装置内以便果农收集装箱，同时由于不同成熟程度的果实在面临晃动时，其先后脱落的顺序是不同的。成熟程度越大的果实，其果实与树枝间的连接部位的连接越脆弱。反之，成熟程度越低的果实其连接处摆脱束缚所需的力量越大。因此我们创新性的提出通过控制振动频率的切换进而实现对不同成熟程度水果的区分性采摘。

该作品其主体结构主要是以铝型材为外部框架，内部主要通过大扭矩直流电机搭配丝杆加光轴结构以实现装置上部机械抓手装置的上下运动。在丝杠平台之上则主要依靠光轴与链轮所固定，而链轮则通过链条与其下部无刷电机相连接，从而实现动力的传输。而在上部，则主要依靠光轴与偏心轮结构相连接，从而实现将电机的转动轉化为机械抓手的前后晃动运动，进而实现对果树的晃动，从而达到对果实的采摘效果。此外，在丝杠升降过程中，我们采用独特的二连杆弹簧复位机构，利用弹簧的拉力以实现链轮与链条之间的配合。

3主要机械部分设计：

3.1二连杆弹簧复位机构

本着机械服务于生活，更要来源于生活的态度。我们在面临着在丝杠升降过程中，主动力电机与传动轴上链轮之间距离无法保持不变，链条无法与链轮进行咬合的情况，我们从生活中经常用到的自行车中收到了启发。在看到变速自行车上可自主变速的变速器时，我们萌生了这种二连杆弹簧复位机构的想法。该机构其内部主要是一大扭矩扭簧和一根普通弹簧以及连杆所组成，依靠于弹簧和扭簧的拉力，保证传动轴上的链轮、主动力电机的链轮以及链条之间的啮合。并且其成本低廉，简易安装

3.2五连杆平夹自适应机械手

该机械手采用五连杆的连接方式，当电机驱动1杆时，1杆带动2杆，2杆带动3杆，3杆带动4杆依次运动实现包络。

其自适应主要体现在当4杆受到阻力运动时，4杆保持不动，1杆继续转动，此时2杆转动并带动3杆，但由于4杆受阻力无法移动，此时3杆将以其于4杆链接部位进行转动，从而使得3杆顶端向下回旋进而实现对其所加持树干的一个自适应。

此外由于该机械抓爪采用五连杆的连接方式故在机械抓的运动过程中机械爪两侧3杆顶端始终处于同一水平线上，这就实现了机械爪的平夹功能，保证了完整的包络树干。

4电子部分设计

在电子控制方面，我们本着简单操作，容易上手的原则。目前模型采用遥控模式，通过一台六通道遥控器控制多台电机，避免了繁琐复杂且困难的图像识别技术。通过直流电机正反转电调、无刷电调、42步进电机驱动、ardunio单片机等模块直接与六通道遥控器接收机相连接，实现一键式控制，简单操作，极易上手。

5.结语

替代传统人工进行生产，避免了生产效率慢，生产成本高，生产具有危险性邓问题，以及机器生产来代替人工生产，符合现代化农业的发展需求，迎合时代发展潮流，是很有研究意义的。

参考文献：

[1]树枝振动式核桃采摘机的制作方法与工艺技术，X技术，2001，11866461

[2]水果采收机械的现状与发展，广东农业科学，2012-08-25

[3]大枣采摘分选一体机，农产品加工，2017-12-30