基于传感器的自动识别水果采摘机的设计

郑哲奋

摘 要： 我国当前在水果采摘方面，机械化程度较为不足，为了解决这个问题，设计基于传感器的自动识别水果采摘机。装置包括了减速带、刀片、自动识别入袋器、锁死机构、电源、处理器、手柄、伸缩式水果入口、伸缩杆等部分。在工作过程中，在伸缩式水果入口放置水果，自动识别系统采用自动报警的方法提示，使用手动开关将果柄切断，水果进入减速带，逐渐减速并到达地面，采摘和拾取更为方便。工作中利用伸缩杆，对于高度不同的水果，也能够采摘。此种采摘机价格便宜，结构简单，可操作性、通用性良好，在很多果园采摘中都适用。可对水果快速、高效采摘，并将劳动力减少，采摘效率提升。

关键词： 传感器；自动识别；水果采摘机

前言：近年来，随着社会经济的发展，人们生活水平提高，对于物质生活追求也有所提升。在日常生活中，水果已经越来越普遍。水果中营养成分丰富，对人体健康十分有利。不过，当前水果采摘中，采摘劳动力占比约在33%-50%左右。尽管早就有水果采摘机发明和应用，但是对于机器适用范围不足的问题，并没能得到解决，另外占用空間较大，价格比较昂贵。随着多年来的不断优化，水果采摘机仍有一定的不足。对此，需要对其设计原理、设计方法进一步改进，从而使机器在采摘范围内，能够对任意目标点人工采摘水果提供辅助机械手，进而推动水果农业发展。

1 水果采摘机的现状

目前，在水果采摘中，已经发明并问世了很多不同种类的水果采摘机，也有很多已经申请专利。不同产品各自具有不同的特点，同时价格方面也比较相似。因此，果农在选择水果采摘机方面，始终避免容易。不过，现有的很多水果采摘机，都有比较大的体积，在水果采摘作业中，使用便利性较差，并且还存在一些其它的缺陷。另外，当前果农通常年龄较大，视力水平不足，因此如果对简易的水果采摘机加以使用，定位方面难度比较大，工作效率也存在不足。而且在作业当中，如果水果直接从内部滑出，导致水果碰撞和磕碰造成水果损坏，也会带来一定的经济损失[1]。所以，以传统的水果采摘机为基础，考虑到水果采摘有比较大的任务工作量，果实在果树上生长高度不同，对触碰力度有比较高的要求，需选择单果成熟期不一致等相关情况，基于传感器设计自动识别水果采摘机。

2 基于传感器自动识别水果采摘机设计

2.1 设计理念

基于传感器的自动识别水果采摘机，实际上属于半自动化高处水果采摘机，主要的设计理念在半自动化方面得到体现。使用经济性较高的传感器，自动识别需要采摘的而水果，无需长时间集中注意力使用肉眼识别，降低了视疲劳。同时采摘机生产效率高，高效快捷。配备了伸展水果入袋口，能够对大小不一样的水果进行采摘，采摘机的适用范围得到了扩展。同时，设计配备了减速带装置，其中具有减速片，除了达到减速水果下落的目的之外，也能够对水果隔离，避免水果相互发生碰撞损失[2]。通过有效、简单的方法，对水果采摘后的成品质量提供保障，体现了高效、简单、实用性强的设计优势。

2.2 具体设计

在基于传感器的自动识别水果采摘机设计中，对设计结构、工作流程加以分析。在采摘过程中，调整伸缩杆，使其达到和水果相当的高度，通过紧钉螺钉妥善固定伸缩杆。利用线轮对钢丝调整，达到合适的长度，用锁死装置绷直钢丝，以水果大小为基础，对入口大小加以调整，在伸缩式水果入口套入水果。使用红外线传感器自动识别装置确认，显示器在水果开始进入袋口时显示红色，水果完全进入之后显示绿色，同时发出声音提示。按动手柄将动力装置启动，钢丝绷直带动刀片，完成剪切水果的操作，水果进入袋口后，向袋中掉落，通过减速装置，避免水果相互碰撞损坏，最后低速掉落到水果筐中，整个采摘流程就完成了。

2.3 设计创新

在现有的水果采摘机械设备当中，都存在着一定的缺陷和不足，对此，对设计原理、设计方法进行改进，设计研究一种在采摘范围之内，能够对目标点采摘作业提供辅助的水果采摘机。设计中对机械臂改进设计，通过试验验证确认性能。此种基于传感器的自动识别水果采摘机，能够提高作业效率，对于农业现代化发展，有着极大的促进和推动作用。相比于传统水果采摘机，新型水果采摘机的优势在于，还能够对果树中位置较高的水果进行采摘，并且具有简单的结果，操作也很方便，舒适性、安全性良好。在不同大小、不同高度水果采摘中，都能得到应用。另外，在水果套袋工作中，也能对该机器加以使用，且执行机构支架，可以用农药喷洒支撑结构代替，丰富了机器的用途。

该水果采摘机，伸缩杆距离的调节，利用了紧钉螺钉，入袋口可以和水果相接处[3]。钢丝绳的长度，通过线轮加以固定，可使入袋口与水果接近。水果进入袋中，红外线传感器检测并发送信号。采摘者收到信号，操作手柄，利用锁死机构锁死钢丝。钢丝拉紧能过和刀片的铰接带动刀片，进而从树枝上剪下水果。水果经过减速带向果筐中移动，进而整个水果采摘过程完成。继续上述操作，采摘下一个水果。使用该水果采摘机，水果采摘效率可得到极大的提升，同时采摘成本、劳动力消耗能够降低，水果损坏减少，质量得到保证，果农也就获得了更大的效益。

3 小结

传统水果采摘通过人工的方式，效率十分低下，并且要承担较高的人工费用，效益不高。后来研究制造了很多不同种类的水果采摘机，但在实际应用中，也都发现了各种问题和不足。对此，以传感器为基础，设计一种自动识别水果采摘机，可通过红外线传感器，识别水果入袋位置，提高了采摘效率和准确性，对于农业现代化发展也有着良好的价值。

参考文献

[1]袁铸， 申一歌. 水果采摘机器人自主寻径避障轨迹优化研究-基于启发式智能算法[J]. 农机化研究， 2017， 39（7）：204-208.

[2]熊琼. 果蔬采摘机器人自主定位与导航设计-基于 RFID 和 WSN 信息融合[J]. 农机化研究， 2017， 39（10）：223-227.

[3]曹凤才， 刘帅凤， 余红英，等. 基于惯性传感器的射手动作检测系统设计[J]. 电子器件， 2017， 40（3）：672-675.