蘋果多桿采摘機(jī)構(gòu)

肖 毅，肖開喜，楊明艷，陳 航，夏孝財(cái)

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

1 蘋果采摘現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)在主要采用人工采摘水果。人工采摘需要?jiǎng)趧?dòng)力多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高，與我國(guó)勞動(dòng)力短缺存在的現(xiàn)狀存在矛盾。機(jī)械化采摘水果除了自動(dòng)化程度較高的機(jī)器人，大多都是機(jī)械搖撞法。存在的主要問題是，定位識(shí)別功能較差，采摘效率低，成本高，通用性低等。我們提出的模型在采摘效率上有明顯的提高，并且損傷較小，成本可控，是適用于果園采摘蘋果的人工輔助裝置。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其創(chuàng)新點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)思路。此裝置首先是以梳子為思路，考慮到當(dāng)前機(jī)械手采摘的弊端，認(rèn)為用類似梳子的結(jié)構(gòu)可以更加高效的采摘蘋果，加之后來發(fā)現(xiàn)種種不能實(shí)現(xiàn)，我們將

其加入了很多的特殊的結(jié)構(gòu)，比如彈性桿等。再在過濾葉子、保護(hù)蘋果等方面添加了一些小結(jié)構(gòu)，并用慧魚模型制作出來進(jìn)行改進(jìn)，得到了最后的蘋果多桿采摘機(jī)構(gòu)。

（2）設(shè)計(jì)方案?；诂F(xiàn)在蘋果采摘機(jī)普遍效率不高，機(jī)器成本偏貴，我們提出了我們的小型蘋果采摘機(jī)。機(jī)器主體為一個(gè)簡(jiǎn)易的推車，推車底部是蘋果收集框，收集框四周則是蘋果采摘機(jī)框架和控制采摘桿上升的螺桿旋轉(zhuǎn)裝置，在兩根螺桿之中有一個(gè)采摘桿與之鉸連接，使采摘桿能較大范圍的活動(dòng)。采摘桿的前端連接著幾組可旋轉(zhuǎn)的組合桿，采摘時(shí)將前端放入樹中，通過這幾組組合桿的旋轉(zhuǎn)，蘋果將會(huì)被卡在桿與桿之間，再通過旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的力將蘋果刮下，落入下端的收集網(wǎng)中。采摘桿的尾部是人的控制握把，由三個(gè)開關(guān)組成，三個(gè)開關(guān)分別控制采摘桿前端的旋轉(zhuǎn)、采摘桿的上升和下降。進(jìn)行采摘時(shí)，果農(nóng)就握住這里來控制?？蚣艿捻敹藙t是由電機(jī)和鏈齒組組成，來控制采摘桿的上升和下降。

（3）工作過程。人輕松地將小推車形式的采摘裝置推到靠近樹的合適位置，即可開始采摘。首先根據(jù)樹況按動(dòng)操作桿上的按鈕調(diào)節(jié)一個(gè)合適的高度。然后按動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿件按鈕，桿件開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，人只需將前端桿件裝置靠近要采摘的蘋果，蘋果很快就會(huì)進(jìn)入到兩桿之間與桿較為緊密的接觸。持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的桿件可以很輕松地讓成熟蘋果的果柄與枝脫落，這一步就完成了蘋果的初步采摘。蘋果隨即沿著前面的兩桿之間緩慢滾入收集入口。在重力的作用下，蘋果通過有緩沖作用的圓形布筒滾入到小推車中間的臨時(shí)收集槽里。這樣就是一個(gè)蘋果的全部采摘過程。在蘋果傳輸?shù)倪^程中，人可以很快將前端桿件裝置移到下一處要采摘的位置進(jìn)行采摘。對(duì)一片區(qū)域采摘完后，又可以調(diào)節(jié)支點(diǎn)高度或小推車位置開始下一區(qū)域采摘，這樣很快就能完成一顆樹的采摘。

（4）創(chuàng)新點(diǎn)。與過往的搖撞法和單個(gè)采摘不同，搖撞法采摘的果子對(duì)蘋果的傷害較大，難以保證蘋果的完整性，蘋果墜落到地面受到上受到傷害的可能性很大。也許是想要采摘的完整不受損傷的蘋果，但是得到的很多情況下會(huì)摔傷蘋果，這樣的蘋果不僅不易保存，更不易上市售賣。而我們的多桿采摘機(jī)構(gòu)采摘得到的蘋果會(huì)更大程度保持蘋果的完整性，通過抓下蘋果通過緩沖裝置從而減輕對(duì)蘋果的損傷，這是較搖撞法而言很大的優(yōu)點(diǎn)，也是我們的創(chuàng)新點(diǎn)之一。近些年研究成果大多通過需要高級(jí)元件，如顏色識(shí)別等技術(shù)進(jìn)行單個(gè)采摘，這種方式雖然對(duì)果子的保存有利但是效率太低，成本太高。但通過我們的多桿機(jī)構(gòu)效率就大大高于單個(gè)采摘的機(jī)械手裝置，這是我們的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

此裝置創(chuàng)新點(diǎn)大致如下：①采摘裝置的組合桿，桿的形狀以及桿的組裝材質(zhì)，桿呈『豐』型，轉(zhuǎn)軸上連有三個(gè)組合桿，各自相距120度均勻分布在轉(zhuǎn)軸上，組合桿具有順著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向的弧度，這些形狀能極大地提高采摘效率。②組合桿上附有的軟套，采摘時(shí)能很好的保護(hù)蘋果。③收集裝置前段用的布網(wǎng)而非其他硬質(zhì)的物品，也是能夠很好的對(duì)蘋果下落時(shí)進(jìn)行緩沖，減少蘋果受到的傷害。

3 面臨的問題

此多桿蘋果采摘裝置并不是果樹的每一個(gè)位置都可以采摘，比如果樹的內(nèi)部，可能會(huì)被大的枝干卡住，但是在樹的內(nèi)部和下方采取人工輔助采摘也十分方便和可行。由于尚未做成實(shí)物，基于理論上的可行在實(shí)踐中可能會(huì)遇到一些問題，但都可以逐漸改正，逐漸完善。

4 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步以及人們不斷地探索鉆研，機(jī)械化采摘會(huì)逐漸取代人工采摘。蘋果采摘的技術(shù)現(xiàn)階段的空缺還十分明顯，也許我們的裝置現(xiàn)在也并不完善，但我們也會(huì)努力改進(jìn)，接受建議。希望在大家的廣泛努力下能將蘋果大面積采摘的技術(shù)得以發(fā)展。

[1]付威,崔健,張慧明,等,李景彬.林果機(jī)械化采收技術(shù)研究及進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2016,38(12):264-268.

[2]段潔利,陸華忠,王慰祖,等.水果采收機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,39(16):189-192.