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1、水果采摘收集裝置優(yōu)化設計 【摘要】目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主，不僅效率低、勞動量大，而且容易造成果實的損傷。如果人手不夠，不能及時采摘還會導致經(jīng)濟上的損失。針對這種現(xiàn)狀，提出輔助人工采摘的解決方案，優(yōu)化設計一種半自動水果采摘裝置，通過遙控器可實現(xiàn)遠程控制水果采摘、收集、裝箱一體化，有效降低人力成本、減少果實損傷，使采摘更高效方便?！娟P鍵詞】水果采摘；收集；優(yōu)化設計1前言目前，在大多數(shù)果園和農(nóng)場的水果的采摘多數(shù)為人工采摘，消耗極大的人力和時間；有時也會使用一些水果采摘裝置，如目前市場銷售的水果采摘裝置大多數(shù)為伸縮桿剪刀式，伸縮桿在伸長狀態(tài)下，手持的力非常大，致使果農(nóng)在水果采摘過

2、程中使用此工具消耗大量的體力和時間，而且采摘后對水果的收集非常的不方便，同時降低了采摘的效率。2水果采摘收集裝置方案設計結合目前已有的采摘裝置結構以及采摘缺陷，設計一種基于遙控控制的半自動水果采摘裝置，能夠實現(xiàn)遠距離操作、遠距離機械采摘、水果的自動裝箱等多種功能。水果采摘裝置主要由收集車、遙控器、收集筐、控制箱、轉盤、電動伸縮桿、絲杠螺母升降機構、采摘爪、收集軟管等部分組成，主要分為四個模塊：采摘爪結構設計、水果自動裝箱機構設計、采摘車底盤結構設計以及控制系統(tǒng)四個部分。3水果采摘收集裝置結構設計3.1采摘車底盤結構設計采摘車底盤主要包括小車底盤、聯(lián)動支架以及小車轉向機構。收集車的底部一端設置有

3、水平放置且通過齒輪傳動機構驅動的支承軸，另一端設置有萬向輪；所述支承軸兩端分別設置有主動輪；所述收集車上還設置有控制萬向輪方向的控制電機。采摘桿通過設置在收集車上的轉盤可調節(jié)采摘任意角度，設置在轉盤上的絲杠螺母升降機構可以調節(jié)采摘的高度。3.2采摘爪結構設計考慮到采摘水果的自適應問題，采摘收集裝置采用彈性爪采摘，彈性爪包括至少三組上端固定連接的內夾片1和外夾片2、多個設置在內夾片1與外夾片2之間上下間隔放置的彈性圈3、放置在電動伸縮桿5上端且與電動伸縮桿5同軸放置的直線電機4、設置在直線電機4輸出端且螺紋連接的螺母73；三片所述外夾片2的下端圓周均勻地放置在電動伸縮桿5的頭部邊緣；三片所述內夾

4、片1的下端圓周均勻的設置在螺母上；所述電動伸縮桿5的頭部在彈性爪的正下方設置有收集軟管6。3.3裝箱機構設計水果裝箱機構的機械部分包括Y軸光軸1、放料機構2、X軸光軸3Y軸直線模組4、Y軸支撐架5、X軸直線模組6、X軸支撐架7、紙箱8等結構。水果裝箱機構如圖4所示，X軸支撐架上設置水平X軸直線模組和X軸直線光軸，使設在其上的Y軸支撐架能平穩(wěn)運行，Y軸支撐架上水平設置有Y軸直線模組和Y軸光軸，使設在其上的放料機構能平穩(wěn)運行，放料機構內設置有Z軸直線模組和Z軸光軸，裝箱機構設置有獨立的電路系統(tǒng)，能實現(xiàn)對水果的準確裝箱。工作時，采摘好的水果通過軟管落入放料機構，放料機構將水果放入箱子的第一個格子中，

5、隨即電機工作，將放料機構移動到箱子下一個空格正上方，依次運動，實現(xiàn)了對采摘后的水果精準裝箱，逐層排列，提高了水果裝箱的效率。通過放料機構對水果的逐個擺放，有效的保護了水果，結構簡單，使用方便。3.4控制電路設計水果采摘裝置主要由手動控制和自動控制系統(tǒng)組成，控制要求如下：（1）能夠用遙控器控制采摘車的移動。（2）能夠實現(xiàn)采摘桿上下，左右和伸縮運動。（3）轉向電機、旋轉電機、升降電機和伸縮電機要有限位開關控制。（4）能夠實現(xiàn)采摘頭刀片對水果枝的切斷，且要求刀片能夠調節(jié)速。（5）蘋果落下時要求能夠對蘋果自動識別。（6）裝箱機構能夠實現(xiàn)開機自動回到初始位置，自動裝箱。且能夠手動調節(jié)裝箱機構橫軸和縱軸電

6、機工作。采摘水果時手動控制遙控器發(fā)出信號，接收器接收到后給出信號，相應繼電器工作，電機得電工作。手動控制主要控制水果采摘器的底盤驅動機構、旋轉機構、升降機構、收縮機構和刀片電機的旋轉。手動控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。自動裝箱機構要求能夠實現(xiàn)對水果自動裝箱，當有水果落下時觸發(fā)光電傳感器，等待2S后收集裝置由初始位置移動到位置2，收集裝置移動到觸發(fā)第二位置金屬傳感器后停止。收集裝置按照此方式運動，對水果進行裝箱。當移動到最后一格位置時收集裝置回到初始位置進行第二層的裝箱。該收集箱一層可以收集20個水果，每層可容納個數(shù)和層數(shù)可以根據(jù)需要進行調節(jié)滿足果農(nóng)需要。當水果收集裝置需要微調或手動移動時，可以調節(jié)

7、按鈕1-4實現(xiàn)縱軸電機和橫向電機的正轉和反轉，為了工作信號的穩(wěn)定，受到的干擾小，傳感器和單片機之間用光耦隔離器進行隔離。3.5水果采摘裝置總體結構通過對采摘車、采摘爪、水果收集裝置設計，以及水果采摘控制設計，實現(xiàn)了水果半自動采摘收集裝置，如圖7所示。水果采摘收集裝置通過設置在收集車上的轉盤可調節(jié)采摘的任意角度；水平設置在轉盤上的絲杠螺母升降機構可以調節(jié)采摘的高度；水果采摘收集裝置適用于大多數(shù)果園的水果采摘，同時采用彈性爪，既可以適應不同大小的水果的采摘，也可以防止水果采摘時被損壞；此外，水果采摘收集裝置采用機械和電子結合，通過電控制水果的采摘和收集，大大節(jié)省了采摘的時間，提高了采摘的效率。半自動水果采摘收集裝置采用彈性爪結構來自適應。支撐彈性爪的是一個伸縮桿，伸縮桿通過電機帶動絲杠螺母的轉動來達到升降的功能，在伸縮桿的下方是一個電機控制的圓盤底座和升降桿，用于固定伸縮桿和控制爪子的方位。最后，底部是一個控制小車，用于水果的運放和收集。整個機構全部用電機控制，機電結合，通過遙控器控制整個機器。4總結針對目前水果采摘困難的問題，優(yōu)化設計半自動采摘裝置，通過分別對水果采摘裝置采摘爪結構、水果自動裝箱機構、采摘車底盤結構以及控制系統(tǒng)四個部分的設計，可以實現(xiàn)通過遙控器控制水果采摘、收集和裝箱一體化，節(jié)省采摘時間，有效降低果農(nóng)人力成本，減少果實損傷，使采摘更高效方便。