核桃采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計*

類成朋，王志坤，王愛波

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

0 引言

隨著種植業(yè)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國的機(jī)械化水平也越來越高，其種植規(guī)模不斷地擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)種植水平也正在趨向于機(jī)械化和智能化[1]。由于機(jī)械化的水平不斷提高，大大地增加了采摘的效率，節(jié)約了勞動成本。因此，人們在不斷地設(shè)計改進(jìn)生產(chǎn)機(jī)器。在大型機(jī)械方面，如美國的大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動量，而且還提高了生產(chǎn)質(zhì)量。在小型機(jī)械方面，如播種機(jī)、耕地機(jī)，大大減少了勞動成本。而果實采摘機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器中的一種類型，其應(yīng)用也比較廣泛，如蘋果采摘機(jī)、草莓采摘機(jī)、甘蔗采摘機(jī)等等。本文講述了果實采摘機(jī)的其中一種機(jī)械類型——核桃采摘機(jī)。

1 核桃采摘機(jī)構(gòu)的設(shè)計

核桃采摘機(jī)作為果實采摘機(jī)的其中一種類型，其功能和普通的果實采摘機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但在原有的基礎(chǔ)上又有所改進(jìn)，如采用了核桃吸附式，采用真空吸氣的方式對果實進(jìn)行吸附；抓拉核桃式，可對核桃進(jìn)行有目的的采摘；核桃剪切式等等。在進(jìn)行核桃采摘機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，充分地應(yīng)用了各個方式的優(yōu)點(diǎn)并進(jìn)行了結(jié)合。

1.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.1.1 機(jī)械傳動裝置

在果實采摘機(jī)的形式及方向設(shè)計上，因為該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時是各個機(jī)構(gòu)同時進(jìn)給運(yùn)動的，因此，在機(jī)械傳動裝置選擇上，由于傳動距離相對較長，故可采用鏈傳動和帶傳動。因此對兩者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較：

◆ 帶傳動：傳動速度平穩(wěn)，傳動比穩(wěn)定，但帶傳動不適合應(yīng)用于低速運(yùn)動，會造成傳動不穩(wěn)定，阻礙采摘機(jī)的正常運(yùn)動，因此不適合采用帶傳動[2]。

◆ 鏈傳動:鏈傳動的安裝精度要求相對于帶傳動的安裝精度要求較低，并且鏈傳動不僅可以在環(huán)境惡劣的情況下進(jìn)行正常的工作，并且，鏈傳動與帶傳動相比較，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳動。雖然鏈傳動的瞬時傳動比與帶傳動的瞬時傳動比相比不穩(wěn)定，而且裝置的行進(jìn)速度不穩(wěn)定，但對于采摘機(jī)構(gòu)來說，不影響該機(jī)械的正常工作。因此可選擇鏈傳動。

1.2 運(yùn)動類型及規(guī)律的設(shè)計

1.2.1 動力源

核桃采摘機(jī)的動力來源采用了人工與機(jī)械控制相結(jié)合的方式。在能源供給上，不僅采用了石油供給，而且采用了太陽能充電的方式給采摘機(jī)進(jìn)行能源供給。解決了戶外作業(yè)時能源不足的問題。

1.2.2 核桃采摘機(jī)的工作原理

1.制止處；2.果實通道；3.果實出口；4.分流板；5.固定剪刀；6.活動剪刀；7.運(yùn)動復(fù)位彈簧；8.果實出口；9.鏈條；10.固定支架

在進(jìn)行核桃采摘時，核桃進(jìn)入到采摘腔內(nèi)，遙控活動剪刀(6)進(jìn)行果實的根莖剪切，切斷后核桃會自動地從分流板滑下，而體積較小的核桃會從小出口處(7)流出，合格的核桃會經(jīng)過出口處(8)流入到收集網(wǎng)中[3]。

1.2.3 核桃收集裝置

核桃在采摘時，齒形剪刀會自動地剪切核桃，剪切后，核桃會自動地進(jìn)入通道內(nèi)，并且在重力地作用下，自動地滑到地面的收集器內(nèi)，減少了人工收集的工作量[4]。

1.2.4 無線控制裝置

在對核桃進(jìn)行采摘時，為了減少遺漏的果實，減少損失，該采摘機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝了紅外感應(yīng)裝置，可對果實進(jìn)行自動搜尋、定位，減少了果實的浪費(fèi)。

1.2.5 太陽能自動發(fā)電裝置

由于采摘機(jī)經(jīng)常進(jìn)行戶外作業(yè)，故在該裝置的動力源上安裝了太陽能自動發(fā)電的裝置，這樣，不僅節(jié)約了能源，還解決了能源供給不足的問題[5]。

2 主要功能及創(chuàng)新點(diǎn)

1) 避免了人工爬樹采集的麻煩，降低了戶外作業(yè)的危險性。

2) 使用范圍比較廣，可用于蘋果、梨等各種果實的采摘，而且效率比較高。

3) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使用方便靈活。該機(jī)械還采用了紅外線自動搜尋定位的功能，能自動搜尋遺落的果實，減少了浪費(fèi)。安裝了太陽能自動發(fā)電裝置，節(jié)約了能源。

3 應(yīng)用前景

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展，其智能化也在不斷的發(fā)展，核桃采摘機(jī)也在不斷的向智能化方向邁進(jìn)，在提高工作效率的基礎(chǔ)上，降低了勞動成本。其市場前景廣闊。再結(jié)合其他裝置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用更加廣泛，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

[1] 金旭星.果實采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,31(7):139-141.

[2] 原大寧,張彥斌,劉宏昭.3自由度空間并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2009,40(11):208-211.

[3] 葉梅燕,石志新.機(jī)器人機(jī)構(gòu)方位特征集自動生成算法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2017(12):1-7.

[4] 周增產(chǎn),Bontsema J,L. Van Kollenburg-Crisan.荷蘭黃瓜收獲機(jī)器人的研究開發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2001(6):77-80.

[5] 周振清,尚紹英.收獲柑桔等果實的機(jī)器人[J].世界農(nóng)業(yè),1990(2):10-11.