水果采摘收集裝置優(yōu)化設(shè)計(jì) 【摘要】目前我國(guó)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(dòng)量大，而且容易造成果實(shí)的損傷。如果人手不夠，不能及時(shí)采摘還會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。針對(duì)這種現(xiàn)狀，提出輔助人工采摘的解決方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)一種半自動(dòng)水果采摘裝置，通過遙控器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)損傷，使采摘更高效方便。【關(guān)鍵詞】水果采摘；收集；優(yōu)化設(shè)計(jì)1前言目前，在大多數(shù)果園和農(nóng)場(chǎng)的水果的采摘多數(shù)為人工采摘，消耗極大的人力和時(shí)間；有時(shí)也會(huì)使用一些水果采摘裝置，如目前市場(chǎng)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(zhǎng)狀態(tài)下，手持的力非常大，致使果農(nóng)在水果采摘過程中使用此工具消耗大量的體力和時(shí)間，而且采摘后對(duì)水果的收集非常的不方便，同時(shí)降低了采摘的效率。2水果采摘收集裝置方案設(shè)計(jì)結(jié)合目前已有的采摘裝置結(jié)構(gòu)以及采摘缺陷，設(shè)計(jì)一種基于遙控控制的半自動(dòng)水果采摘裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離操作、遠(yuǎn)距離機(jī)械采摘、水果的自動(dòng)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(zhuǎn)盤、電動(dòng)伸縮桿、絲杠螺母升降機(jī)構(gòu)、采摘爪、收集軟管等部分組成，主要分為四個(gè)模塊：采摘爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水果自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、采摘車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)四個(gè)部分。3水果采摘收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1采摘車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采摘車底盤主要包括小車底盤、聯(lián)動(dòng)支架以及小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。收集車的底部一端設(shè)置有水平放置且通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的支承軸，另一端設(shè)置有萬(wàn)向輪；所述支承軸兩端分別設(shè)置有主動(dòng)輪；所述收集車上還設(shè)置有控制萬(wàn)向輪方向的控制電機(jī)。采摘桿通過設(shè)置在收集車上的轉(zhuǎn)盤可調(diào)節(jié)采摘任意角度，設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的絲杠螺母升降機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)采摘的高度。3.2采摘爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到采摘水果的自適應(yīng)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(nèi)夾片1和外夾片2、多個(gè)設(shè)置在內(nèi)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(dòng)伸縮桿5上端且與電動(dòng)伸縮桿5同軸放置的直線電機(jī)4、設(shè)置在直線電機(jī)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(dòng)伸縮桿5的頭部邊緣；三片所述內(nèi)夾片1的下端圓周均勻的設(shè)置在螺母上；所述電動(dòng)伸縮桿5的頭部在彈性爪的正下方設(shè)置有收集軟管6。3.3裝箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)水果裝箱機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分包括Y軸光軸1、放料機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)。水果裝箱機(jī)構(gòu)如圖4所示，X軸支撐架上設(shè)置水平X軸直線模組和X軸直線光軸，使設(shè)在其上的Y軸支撐架能平穩(wěn)運(yùn)行，Y軸支撐架上水平設(shè)置有Y軸直線模組和Y軸光軸，使設(shè)在其上的放料機(jī)構(gòu)能平穩(wěn)運(yùn)行，放料機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有Z軸直線模組和Z軸光軸，裝箱機(jī)構(gòu)設(shè)置有獨(dú)立的電路系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)水果的準(zhǔn)確裝箱。工作時(shí)，采摘好的水果通過軟管落入放料機(jī)構(gòu)，放料機(jī)構(gòu)將水果放入箱子的第一個(gè)格子中，隨即電機(jī)工作，將放料機(jī)構(gòu)移動(dòng)到箱子下一個(gè)空格正上方，依次運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采摘后的水果精準(zhǔn)裝箱，逐層排列，提高了水果裝箱的效率。通過放料機(jī)構(gòu)對(duì)水果的逐個(gè)擺放，有效的保護(hù)了水果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。3.4控制電路設(shè)計(jì)水果采摘裝置主要由手動(dòng)控制和自動(dòng)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(dòng)。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)采摘桿上下，左右和伸縮運(yùn)動(dòng)。（3）轉(zhuǎn)向電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、升降電機(jī)和伸縮電機(jī)要有限位開關(guān)控制。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)采摘頭刀片對(duì)水果枝的切斷，且要求刀片能夠調(diào)節(jié)速。（5）蘋果落下時(shí)要求能夠?qū)μO果自動(dòng)識(shí)別。（6）裝箱機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)開機(jī)自動(dòng)回到初始位置，自動(dòng)裝箱。且能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)裝箱機(jī)構(gòu)橫軸和縱軸電機(jī)工作。采摘水果時(shí)手動(dòng)控制遙控器發(fā)出信號(hào)，接收器接收到后給出信號(hào)，相應(yīng)繼電器工作，電機(jī)得電工作。手動(dòng)控制主要控制水果采摘器的底盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、收縮機(jī)構(gòu)和刀片電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。手動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水果自動(dòng)裝箱，當(dāng)有水果落下時(shí)觸發(fā)光電傳感器，等待2S后收集裝置由初始位置移動(dòng)到位置2，收集裝置移動(dòng)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(yùn)動(dòng)，對(duì)水果進(jìn)行裝箱。當(dāng)移動(dòng)到最后一格位置時(shí)收集裝置回到初始位置進(jìn)行第二層的裝箱。該收集箱一層可以收集20個(gè)水果，每層可容納個(gè)數(shù)和層數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)滿足果農(nóng)需要。當(dāng)水果收集裝置需要微調(diào)或手動(dòng)移動(dòng)時(shí)，可以調(diào)節(jié)按鈕1-4實(shí)現(xiàn)縱軸電機(jī)和橫向電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，為了工作信號(hào)的穩(wěn)定，受到的干擾小，傳感器和單片機(jī)之間用光耦隔離器進(jìn)行隔離。3.5水果采摘裝置總體結(jié)構(gòu)通過對(duì)采摘車、采摘爪、水果收集裝置設(shè)計(jì)，以及水果采摘控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水果半自動(dòng)采摘收集裝置，如圖7所示。水果采摘收集裝置通過設(shè)置在收集車上的轉(zhuǎn)盤可調(diào)節(jié)采摘的任意角度；水平設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的絲杠螺母升降機(jī)構(gòu)可以調(diào)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(shí)采用彈性爪，既可以適應(yīng)不同大小的水果的采摘，也可以防止水果采摘時(shí)被損壞；此外，水果采摘收集裝置采用機(jī)械和電子結(jié)合，通過電控制水果的采摘和收集，大大節(jié)省了采摘的時(shí)間，提高了采摘的效率。半自動(dòng)水果采摘收集裝置采用彈性爪結(jié)構(gòu)來自適應(yīng)。支撐彈性爪的是一個(gè)伸縮桿，伸縮桿通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)來達(dá)到升降的功能，在伸縮桿的下方是一個(gè)電機(jī)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(gè)控制小車，用于水果的運(yùn)放和收集。整個(gè)機(jī)構(gòu)全部用電機(jī)控制，機(jī)電結(jié)合，通過遙控器控制整個(gè)機(jī)器。4總結(jié)針對(duì)目前水果采摘困難的問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)半自動(dòng)采摘裝置，通過分別對(duì)水果采摘裝置采摘爪結(jié)構(gòu)、水果自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)、采摘車底盤結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)四個(gè)部分的設(shè)計(jì)，可以實(shí)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(shí)間，有效降低果農(nóng)人力成本，減少果實(shí)損傷，使采摘更高效方便。