便携式自动果实采摘机的研究与设计

杨光 齐秀彪 左迎香 金琦雨 宋月文 林明泽 李士亮 汤寿山

【摘 要】设计一种便携式自动果实采摘机，利用机电结合的方式，集采摘、传送、收集、运输于一体，具有体积小、使用方便、定位准确等特点，尤其适用于暖棚等有限作业空间，大大提高了采摘效率，具有较好的应用前景。

【关键词】采摘机；便携；机械结构；控制部分

一、引言

我国是世界领土面积第三大国，广阔的土地，铸就了我国农业大国的格局，农业装备的机械化、智能化是发展的必然趋势，随着计算机和自动控制技术的迅速发展，机构已逐步进入到农业生产领域中，虽然也出现了一些机械化的采摘设备，但由于成本高、体积大等，在使用上具有一定的局限性。因此研制一款价格较低，操作方便，工作可靠的采摘机是十分有必要的。

本文通过查阅相关资料，针对暖棚这样的有限的作业空间，进行了便携式果实采摘机的设计和研究，并根据设计方案，制作了采摘机的结构模型。

二、总体方案设计

本次采摘机所要实现的功能为果实识别、果实采摘以及果实运输等三部分，设计方案的主要包括机械和控制两大部分，整体结构如图1所示。

（一）工作原理

本采摘机底部放置小车底盘，带动剪切机械手的机械臂坐落在小车底盘上，同时机械手上安装有剪切刀片，在果实采摘时，通过传感器对果实进行识别，确定剪切位置，从而完成果实的剪切，剪切掉的果实，顺着软管下滑落入车后方的收集箱，然后返回到指定地点，完成果实的采摘与运输，动作过程如图2所示。

（二）机械结构部分

（1）小车底盘

为了提高果实采摘的效率，减轻果农劳动强度，便于果实运输，本次设计的采摘机底部安装小车底盘，在采摘过程中，通过控制小车的运动，在采摘地点往复行走，与采摘机械臂运动配合，完成果实的运输，便携式果实采摘机的电动机的使用特点为快速启动、正反转、承受过载、无调速要求。依据电动机类型参照表，直流电动机有着快速频繁启动、正转和反转、大过载能力、顺滑的速度、精切、方便使用、低价易于保养等特点。故本次采摘机模型制作首选用直流电动机。机械结构简单，方便安装，四个直流减速电机，转弯灵活，方向性好，且底盘容易扩展。对于复杂的地形，为了避免车体过于振动，可以采用履带式小车底盘。

（2）机械手臂

用于完成采摘动作的机械手臂具有四个自由度，在颜色传感器识别成熟果实后，触发程序的控制下，带动机械手完成对在果实茎处进行剪切，整个机械手臂的作用是带动剪切机械手完成果实的采摘动作。

（3）传送缓冲装置

在机械手完成剪切动作后，剪切掉的果实由于重力的作用会迅速下落，为了避免果实在下落的过程中受到损害，采摘机包含了传送缓冲装置[1]，将软管与剪切机械手相连，其长度可根据机械手移动的位置进行调整，在果实落入收集装置以前能够在很大程度上减少了撞击对水果果品产生的损害。

（4）收集装置

为便于果实的收集，在车底盘后方安装收集装置，顺着缓冲轨道下落的果实，直接落入收集装置中，待小车行走到指定地点，再将果实卸下，提高了采摘的效率。

（三）控制部分

本次设计的控制部分主要是针对小车的行走路线、机械手的采摘动作以及二者之间动作的配合。控制方式采用基于Arduino的颜色传感器识别[2]，控制程序流程如图3所示：

三、結论

本次设计的采摘机具有结构简单，体积小，操作方便等特点，特别适用于在暖棚等有限作业空间内工作，通过设定的采摘路线，利用机电结合的方式，降低了农户的劳动强度，大大提高了采摘的效率。

【参考文献】

[1] 许书菡.便携式摘果器[J].中国新技术新产品，2016，19（10）：165-166.

[2]吕小莲.基于颜色信息的采摘西红柿识别方法[J].计算机工程，2010，36（11）：178-179，182.