苹果多杆采摘机构

2018-03-16肖开喜杨明艳夏孝财

时代农机 2018年4期

肖毅，肖开喜，杨明艳，陈航，夏孝财

（西南石油大学，四川成都 610500）

1 苹果采摘现状

我国现在主要采用人工采摘水果。人工采摘需要劳动力多，劳动强度大，人工成本高，与我国劳动力短缺存在的现状存在矛盾。机械化采摘水果除了自动化程度较高的机器人，大多都是机械摇撞法。存在的主要问题是，定位识别功能较差，采摘效率低，成本高，通用性低等。我们提出的模型在采摘效率上有明显的提高，并且损伤较小，成本可控，是适用于果园采摘苹果的人工辅助装置。

2 结构设计及其创新点

（1）设计思路。此装置首先是以梳子为思路，考虑到当前机械手采摘的弊端，认为用类似梳子的结构可以更加高效的采摘苹果，加之后来发现种种不能实现，我们将

其加入了很多的特殊的结构，比如弹性杆等。再在过滤叶子、保护苹果等方面添加了一些小结构，并用慧鱼模型制作出来进行改进，得到了最后的苹果多杆采摘机构。

（2）设计方案。基于现在苹果采摘机普遍效率不高，机器成本偏贵，我们提出了我们的小型苹果采摘机。机器主体为一个简易的推车，推车底部是苹果收集框，收集框四周则是苹果采摘机框架和控制采摘杆上升的螺杆旋转装置，在两根螺杆之中有一个采摘杆与之铰连接，使采摘杆能较大范围的活动。采摘杆的前端连接着几组可旋转的组合杆，采摘时将前端放入树中，通过这几组组合杆的旋转，苹果将会被卡在杆与杆之间，再通过旋转所产生的力将苹果刮下，落入下端的收集网中。采摘杆的尾部是人的控制握把，由三个开关组成，三个开关分别控制采摘杆前端的旋转、采摘杆的上升和下降。进行采摘时，果农就握住这里来控制。框架的顶端则是由电机和链齿组组成，来控制采摘杆的上升和下降。

（3）工作过程。人轻松地将小推车形式的采摘装置推到靠近树的合适位置，即可开始采摘。首先根据树况按动操作杆上的按钮调节一个合适的高度。然后按动旋转杆件按钮，杆件开始缓慢转动。此时，人只需将前端杆件装置靠近要采摘的苹果，苹果很快就会进入到两杆之间与杆较为紧密的接触。持续转动的杆件可以很轻松地让成熟苹果的果柄与枝脱落，这一步就完成了苹果的初步采摘。苹果随即沿着前面的两杆之间缓慢滚入收集入口。在重力的作用下，苹果通过有缓冲作用的圆形布筒滚入到小推车中间的临时收集槽里。这样就是一个苹果的全部采摘过程。在苹果传输的过程中，人可以很快将前端杆件装置移到下一处要采摘的位置进行采摘。对一片区域采摘完后，又可以调节支点高度或小推车位置开始下一区域采摘，这样很快就能完成一颗树的采摘。

（4）创新点。与过往的摇撞法和单个采摘不同，摇撞法采摘的果子对苹果的伤害较大，难以保证苹果的完整性，苹果坠落到地面受到上受到伤害的可能性很大。也许是想要采摘的完整不受损伤的苹果，但是得到的很多情况下会摔伤苹果，这样的苹果不仅不易保存，更不易上市售卖。而我们的多杆采摘机构采摘得到的苹果会更大程度保持苹果的完整性，通过抓下苹果通过缓冲装置从而减轻对苹果的损伤，这是较摇撞法而言很大的优点，也是我们的创新点之一。近些年研究成果大多通过需要高级元件，如颜色识别等技术进行单个采摘，这种方式虽然对果子的保存有利但是效率太低，成本太高。但通过我们的多杆机构效率就大大高于单个采摘的机械手装置，这是我们的另一个创新点。

此装置创新点大致如下：①采摘装置的组合杆，杆的形状以及杆的组装材质，杆呈『丰』型，转轴上连有三个组合杆，各自相距120度均匀分布在转轴上，组合杆具有顺着转轴旋转方向的弧度，这些形状能极大地提高采摘效率。②组合杆上附有的软套，采摘时能很好的保护苹果。③收集装置前段用的布网而非其他硬质的物品，也是能够很好的对苹果下落时进行缓冲，减少苹果受到的伤害。