基于傳感器的自動識別水果采摘機的設計

鄭哲奮

摘 要： 我國當前在水果采摘方面，機械化程度較為不足，為了解決這個問題，設計基于傳感器的自動識別水果采摘機。裝置包括了減速帶、刀片、自動識別入袋器、鎖死機構、電源、處理器、手柄、伸縮式水果入口、伸縮桿等部分。在工作過程中，在伸縮式水果入口放置水果，自動識別系統(tǒng)采用自動報警的方法提示，使用手動開關將果柄切斷，水果進入減速帶，逐漸減速并到達地面，采摘和拾取更為方便。工作中利用伸縮桿，對于高度不同的水果，也能夠采摘。此種采摘機價格便宜，結構簡單，可操作性、通用性良好，在很多果園采摘中都適用?？蓪λ焖佟⒏咝Р烧?，并將勞動力減少，采摘效率提升。

關鍵詞： 傳感器；自動識別；水果采摘機

前言：近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平提高，對于物質生活追求也有所提升。在日常生活中，水果已經(jīng)越來越普遍。水果中營養(yǎng)成分豐富，對人體健康十分有利。不過，當前水果采摘中，采摘勞動力占比約在33%-50%左右。盡管早就有水果采摘機發(fā)明和應用，但是對于機器適用范圍不足的問題，并沒能得到解決，另外占用空間較大，價格比較昂貴。隨著多年來的不斷優(yōu)化，水果采摘機仍有一定的不足。對此，需要對其設計原理、設計方法進一步改進，從而使機器在采摘范圍內，能夠對任意目標點人工采摘水果提供輔助機械手，進而推動水果農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1 水果采摘機的現(xiàn)狀

目前，在水果采摘中，已經(jīng)發(fā)明并問世了很多不同種類的水果采摘機，也有很多已經(jīng)申請專利。不同產(chǎn)品各自具有不同的特點，同時價格方面也比較相似。因此，果農(nóng)在選擇水果采摘機方面，始終避免容易。不過，現(xiàn)有的很多水果采摘機，都有比較大的體積，在水果采摘作業(yè)中，使用便利性較差，并且還存在一些其它的缺陷。另外，當前果農(nóng)通常年齡較大，視力水平不足，因此如果對簡易的水果采摘機加以使用，定位方面難度比較大，工作效率也存在不足。而且在作業(yè)當中，如果水果直接從內部滑出，導致水果碰撞和磕碰造成水果損壞，也會帶來一定的經(jīng)濟損失[1]。所以，以傳統(tǒng)的水果采摘機為基礎，考慮到水果采摘有比較大的任務工作量，果實在果樹上生長高度不同，對觸碰力度有比較高的要求，需選擇單果成熟期不一致等相關情況，基于傳感器設計自動識別水果采摘機。

2 基于傳感器自動識別水果采摘機設計

2.1 設計理念

基于傳感器的自動識別水果采摘機，實際上屬于半自動化高處水果采摘機，主要的設計理念在半自動化方面得到體現(xiàn)。使用經(jīng)濟性較高的傳感器，自動識別需要采摘的而水果，無需長時間集中注意力使用肉眼識別，降低了視疲勞。同時采摘機生產(chǎn)效率高，高效快捷。配備了伸展水果入袋口，能夠對大小不一樣的水果進行采摘，采摘機的適用范圍得到了擴展。同時，設計配備了減速帶裝置，其中具有減速片，除了達到減速水果下落的目的之外，也能夠對水果隔離，避免水果相互發(fā)生碰撞損失[2]。通過有效、簡單的方法，對水果采摘后的成品質量提供保障，體現(xiàn)了高效、簡單、實用性強的設計優(yōu)勢。

2.2 具體設計

在基于傳感器的自動識別水果采摘機設計中，對設計結構、工作流程加以分析。在采摘過程中，調整伸縮桿，使其達到和水果相當?shù)母叨?，通過緊釘螺釘妥善固定伸縮桿。利用線輪對鋼絲調整，達到合適的長度，用鎖死裝置繃直鋼絲，以水果大小為基礎，對入口大小加以調整，在伸縮式水果入口套入水果。使用紅外線傳感器自動識別裝置確認，顯示器在水果開始進入袋口時顯示紅色，水果完全進入之后顯示綠色，同時發(fā)出聲音提示。按動手柄將動力裝置啟動，鋼絲繃直帶動刀片，完成剪切水果的操作，水果進入袋口后，向袋中掉落，通過減速裝置，避免水果相互碰撞損壞，最后低速掉落到水果筐中，整個采摘流程就完成了。

2.3 設計創(chuàng)新

在現(xiàn)有的水果采摘機械設備當中，都存在著一定的缺陷和不足，對此，對設計原理、設計方法進行改進，設計研究一種在采摘范圍之內，能夠對目標點采摘作業(yè)提供輔助的水果采摘機。設計中對機械臂改進設計，通過試驗驗證確認性能。此種基于傳感器的自動識別水果采摘機，能夠提高作業(yè)效率，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，有著極大的促進和推動作用。相比于傳統(tǒng)水果采摘機，新型水果采摘機的優(yōu)勢在于，還能夠對果樹中位置較高的水果進行采摘，并且具有簡單的結果，操作也很方便，舒適性、安全性良好。在不同大小、不同高度水果采摘中，都能得到應用。另外，在水果套袋工作中，也能對該機器加以使用，且執(zhí)行機構支架，可以用農(nóng)藥噴灑支撐結構代替，豐富了機器的用途。

該水果采摘機，伸縮桿距離的調節(jié)，利用了緊釘螺釘，入袋口可以和水果相接處[3]。鋼絲繩的長度，通過線輪加以固定，可使入袋口與水果接近。水果進入袋中，紅外線傳感器檢測并發(fā)送信號。采摘者收到信號，操作手柄，利用鎖死機構鎖死鋼絲。鋼絲拉緊能過和刀片的鉸接帶動刀片，進而從樹枝上剪下水果。水果經(jīng)過減速帶向果筐中移動，進而整個水果采摘過程完成。繼續(xù)上述操作，采摘下一個水果。使用該水果采摘機，水果采摘效率可得到極大的提升，同時采摘成本、勞動力消耗能夠降低，水果損壞減少，質量得到保證，果農(nóng)也就獲得了更大的效益。

3 小結

傳統(tǒng)水果采摘通過人工的方式，效率十分低下，并且要承擔較高的人工費用，效益不高。后來研究制造了很多不同種類的水果采摘機，但在實際應用中，也都發(fā)現(xiàn)了各種問題和不足。對此，以傳感器為基礎，設計一種自動識別水果采摘機，可通過紅外線傳感器，識別水果入袋位置，提高了采摘效率和準確性，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展也有著良好的價值。

參考文獻

[1]袁鑄， 申一歌. 水果采摘機器人自主尋徑避障軌跡優(yōu)化研究-基于啟發(fā)式智能算法[J]. 農(nóng)機化研究， 2017， 39（7）：204-208.

[2]熊瓊. 果蔬采摘機器人自主定位與導航設計-基于 RFID 和 WSN 信息融合[J]. 農(nóng)機化研究， 2017， 39（10）：223-227.

[3]曹鳳才， 劉帥鳳， 余紅英，等. 基于慣性傳感器的射手動作檢測系統(tǒng)設計[J]. 電子器件， 2017， 40（3）：672-675.