水果自動采摘車設(shè)計

張欣馳，霍緒堯，趙吉祥，徐勁

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機械學(xué)院，遼寧 錦州 1210001）

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今市場上水果機械采摘方式主要有振搖式、撞擊式以及切割式三種。振搖式是利用外力使樹體或樹枝發(fā)生震動或振搖，使果實產(chǎn)生加速度，在連接最弱處與果實分離而掉落。撞擊式是撞擊部件直接沖撞果枝或敲打牽引果枝的棚架震落果實。切割式是將樹枝或果柄切斷使果實與果樹分離的方式。上述幾種機械水果采摘方式仍然以人工為主，機械為輔，沒有達(dá)到自動化采摘的程度，我們研究設(shè)計一種新型水果自動采摘車用來取代人工采摘，可實現(xiàn)水果的自動采摘。本設(shè)計的水果自動采摘車可以代替人工采摘生長在樹上的水果，能自動采摘指定高度內(nèi)任意位置的水果，可以大大減輕果園勞動者的負(fù)擔(dān)，提高水果采摘的自動化程度。

1 水果自動采摘車的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

水果自動采摘車主要包括行走裝置、識別裝置、升降裝置、切斷裝置、抓取裝置及控制器等六部分，如圖1所示。升降裝置主要完成抓取與切斷平臺的升降動作，由垂直方向上的機械臂實現(xiàn)。識別裝置通過圖像自動識別傳感器處理，用來確定水果的具體位置，并將位置信息反饋到控制器，控制器發(fā)出信號到行走裝置，使采摘車移動到待采摘水果的正下方，然后控制器發(fā)出信號到升降裝置，升降裝置抬升到待采摘水果位置后，再通過電磁鐵切斷及抓取裝置收集果實，最終實現(xiàn)自動采摘的功能。

2 水果自動采摘車的控制系統(tǒng)設(shè)計

水果自動采摘車控制流程如圖2所示，首先上電啟動水果采摘車，識別裝置進行圖像信息采集，確定待采摘目標(biāo)位置，控制器將待采摘目標(biāo)位置信息實時處理成方向矢量信號，并傳遞到水果自動采摘車行走裝置，行走裝置自動尋位至待采摘水果正下方，采摘車到達(dá)指定位置后，控制器輸出信號給升降裝置，升降裝置抬升到位后，切斷裝置執(zhí)行采摘動作，采摘完成的水果落入收集裝置，一次采摘完成?？刂破靼l(fā)出信號進行下一目標(biāo)采摘，循環(huán)工作。

根據(jù)水果自動采摘車控制需要，識別裝置采用Pixy Cmucam5圖像傳感器模塊并配有云臺支架，可實現(xiàn)360°仰視旋轉(zhuǎn)，目標(biāo)選擇范圍更廣泛，同時Pixy Cmucam5圖像傳感器模塊可對顏色進行識別，可以自主區(qū)分成熟水果；控制器采用Arduino STM32開發(fā)板；行走裝置加裝簡易懸掛系統(tǒng)，更適應(yīng)果園顛簸不平的地形特征，行走裝置步進電機型號為7BYGH93-401A，其配套驅(qū)動器型號為2M542-N；升降裝置驅(qū)動電機型號為110BYGH350D，配套驅(qū)動器型號為3M2060H；切斷裝置采用直流24V推拉式電磁鐵，行程末端裝有剪斷刀頭，慣性撞擊力可達(dá)2kg，足以剪斷待采摘水果梗。

3 水果自動采摘車試測及效果

經(jīng)過不斷嘗試努力，試制出了水果自動采摘車的模型樣車，如圖3所示。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，該模型樣車能夠很好實現(xiàn)水果自動定位采摘的功能，可以很大程度上降低果農(nóng)的工作量，提高水果采摘的效率以及水果完好率。

圖2 水果采摘車控制流程圖

圖3 水果采摘車模型樣車

4 水果自動采摘車的創(chuàng)新點

（1）水果自動采摘車擁有一套完整的信息模塊化處理的功能，對各個環(huán)節(jié)都能做到精準(zhǔn)控制，操作簡單，穩(wěn)定性好。

（2）水果自動采摘車?yán)秒姶徘袛嘌b置能實現(xiàn)對待采摘目標(biāo)進行逐個采摘，相對于傳統(tǒng)的振搖式、撞擊式和切割式水果采摘車，更滿足現(xiàn)實中對水果完整性的需要。

（3）水果自動采摘車的升降機構(gòu)在設(shè)計上采用垂直升降的方法，大大節(jié)省了操作空間，能更好的適應(yīng)復(fù)雜的采摘環(huán)境。

5 結(jié)語

水果自動采摘車能夠自動完成一個完整的采摘流程，并且在采摘時對目標(biāo)進行逐個精準(zhǔn)操作，極大地提高了采摘效率，并且最大限度的保證了待采摘水果的完整性。本設(shè)計普遍適用于各種規(guī)模的果園。隨著本設(shè)計的推廣應(yīng)用，將大幅降低果農(nóng)的工作量，提高水果采摘的效率以及水果完好率。

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