郭子興 郝國凱 袁靜慧

摘 要：在科技高速發(fā)展，行業(yè)技術(shù)革新的現(xiàn)在。機器取代人工，實現(xiàn)高效經(jīng)濟的作業(yè)效果已成為社會發(fā)展趨勢。針對人力進行水果采摘，人力成本高、效率低且具有作業(yè)人員安全隱患的情況，進而設(shè)計一款用于水果采摘的裝置。致力于高效率、低成本、人性化實現(xiàn)采摘工作。為我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一種安全可靠高效的生產(chǎn)裝置，對于我國水果種植業(yè)的發(fā)展具有深遠影響。

關(guān)鍵詞：水果采摘；高效；多品種

1 項目的背景：

現(xiàn)階段隨之工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化越來越受到重視，把先進的科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，不斷提高科技對生產(chǎn)的增產(chǎn)貢獻率。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中水果種植行業(yè)的發(fā)展由于其的高利潤性，因此必然是重中之重。

目前我國果園總面積和總產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一。同時，果品的質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)化水平也在不斷發(fā)展和提高。目前，果品產(chǎn)業(yè)已成為繼糧食、蔬菜之后的第三大農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)，是國內(nèi)外市場前景廣闊且具有較強國際競爭力的優(yōu)勢農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。其中，小型水果如：核桃，櫻桃，荔枝等種植較為廣泛。因此開展對此類水果的采摘方式的研究極有應(yīng)用前景和意義。

2 產(chǎn)品簡介：

多品種小型水果采摘機，該作品主要是解決在水果采摘季節(jié)，果農(nóng)無法進行大機器的批量化采摘，打破以往的主要依靠人工采摘這種低效浪費的傳統(tǒng)采摘方式。該裝置的機械手臂在絲杠加光軸傳動控制下，可以實現(xiàn)上下高低靈活運動，快速、準確地夾持樹干進行低頻振動。以大棗為例，樹干上的大棗隨著振動從樹體上快速脫落，落入裝置底部上一個傘形裝置內(nèi)以便果農(nóng)收集裝箱，同時由于不同成熟程度的果實在面臨晃動時，其先后脫落的順序是不同的。成熟程度越大的果實，其果實與樹枝間的連接部位的連接越脆弱。反之，成熟程度越低的果實其連接處擺脫束縛所需的力量越大。因此我們創(chuàng)新性的提出通過控制振動頻率的切換進而實現(xiàn)對不同成熟程度水果的區(qū)分性采摘。

該作品其主體結(jié)構(gòu)主要是以鋁型材為外部框架，內(nèi)部主要通過大扭矩直流電機搭配絲桿加光軸結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)裝置上部機械抓手裝置的上下運動。在絲杠平臺之上則主要依靠光軸與鏈輪所固定，而鏈輪則通過鏈條與其下部無刷電機相連接，從而實現(xiàn)動力的傳輸。而在上部，則主要依靠光軸與偏心輪結(jié)構(gòu)相連接，從而實現(xiàn)將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為機械抓手的前后晃動運動，進而實現(xiàn)對果樹的晃動，從而達到對果實的采摘效果。此外，在絲杠升降過程中，我們采用獨特的二連桿彈簧復(fù)位機構(gòu)，利用彈簧的拉力以實現(xiàn)鏈輪與鏈條之間的配合。

3主要機械部分設(shè)計：

3.1二連桿彈簧復(fù)位機構(gòu)

本著機械服務(wù)于生活，更要來源于生活的態(tài)度。我們在面臨著在絲杠升降過程中，主動力電機與傳動軸上鏈輪之間距離無法保持不變，鏈條無法與鏈輪進行咬合的情況，我們從生活中經(jīng)常用到的自行車中收到了啟發(fā)。在看到變速自行車上可自主變速的變速器時，我們萌生了這種二連桿彈簧復(fù)位機構(gòu)的想法。該機構(gòu)其內(nèi)部主要是一大扭矩扭簧和一根普通彈簧以及連桿所組成，依靠于彈簧和扭簧的拉力，保證傳動軸上的鏈輪、主動力電機的鏈輪以及鏈條之間的嚙合。并且其成本低廉，簡易安裝

3.2五連桿平夾自適應(yīng)機械手

該機械手采用五連桿的連接方式，當(dāng)電機驅(qū)動1桿時，1桿帶動2桿，2桿帶動3桿，3桿帶動4桿依次運動實現(xiàn)包絡(luò)。

其自適應(yīng)主要體現(xiàn)在當(dāng)4桿受到阻力運動時，4桿保持不動，1桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此時2桿轉(zhuǎn)動并帶動3桿，但由于4桿受阻力無法移動，此時3桿將以其于4桿鏈接部位進行轉(zhuǎn)動，從而使得3桿頂端向下回旋進而實現(xiàn)對其所加持樹干的一個自適應(yīng)。

此外由于該機械抓爪采用五連桿的連接方式故在機械抓的運動過程中機械爪兩側(cè)3桿頂端始終處于同一水平線上，這就實現(xiàn)了機械爪的平夾功能，保證了完整的包絡(luò)樹干。

4電子部分設(shè)計

在電子控制方面，我們本著簡單操作，容易上手的原則。目前模型采用遙控模式，通過一臺六通道遙控器控制多臺電機，避免了繁瑣復(fù)雜且困難的圖像識別技術(shù)。通過直流電機正反轉(zhuǎn)電調(diào)、無刷電調(diào)、42步進電機驅(qū)動、ardunio單片機等模塊直接與六通道遙控器接收機相連接，實現(xiàn)一鍵式控制，簡單操作，極易上手。

5.結(jié)語

替代傳統(tǒng)人工進行生產(chǎn)，避免了生產(chǎn)效率慢，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)具有危險性鄧問題，以及機器生產(chǎn)來代替人工生產(chǎn)，符合現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，迎合時代發(fā)展潮流，是很有研究意義的。

參考文獻：

[1]樹枝振動式核桃采摘機的制作方法與工藝技術(shù)，X技術(shù)，2001，11866461

[2]水果采收機械的現(xiàn)狀與發(fā)展，廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012-08-25

[3]大棗采摘分選一體機，農(nóng)產(chǎn)品加工，2017-12-30