便攜式自動果實采摘機(jī)的研究與設(shè)計

楊光 齊秀彪 左迎香 金琦雨 宋月文 林明澤 李士亮 湯壽山

【摘 要】設(shè)計一種便攜式自動果實采摘機(jī)，利用機(jī)電結(jié)合的方式，集采摘、傳送、收集、運輸于一體，具有體積小、使用方便、定位準(zhǔn)確等特點，尤其適用于暖棚等有限作業(yè)空間，大大提高了采摘效率，具有較好的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】采摘機(jī)；便攜；機(jī)械結(jié)構(gòu)；控制部分

一、引言

我國是世界領(lǐng)土面積第三大國，廣闊的土地，鑄就了我國農(nóng)業(yè)大國的格局，農(nóng)業(yè)裝備的機(jī)械化、智能化是發(fā)展的必然趨勢，隨著計算機(jī)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)構(gòu)已逐步進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，雖然也出現(xiàn)了一些機(jī)械化的采摘設(shè)備，但由于成本高、體積大等，在使用上具有一定的局限性。因此研制一款價格較低，操作方便，工作可靠的采摘機(jī)是十分有必要的。

本文通過查閱相關(guān)資料，針對暖棚這樣的有限的作業(yè)空間，進(jìn)行了便攜式果實采摘機(jī)的設(shè)計和研究，并根據(jù)設(shè)計方案，制作了采摘機(jī)的結(jié)構(gòu)模型。

二、總體方案設(shè)計

本次采摘機(jī)所要實現(xiàn)的功能為果實識別、果實采摘以及果實運輸?shù)热糠郑O(shè)計方案的主要包括機(jī)械和控制兩大部分，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（一）工作原理

本采摘機(jī)底部放置小車底盤，帶動剪切機(jī)械手的機(jī)械臂坐落在小車底盤上，同時機(jī)械手上安裝有剪切刀片，在果實采摘時，通過傳感器對果實進(jìn)行識別，確定剪切位置，從而完成果實的剪切，剪切掉的果實，順著軟管下滑落入車后方的收集箱，然后返回到指定地點，完成果實的采摘與運輸，動作過程如圖2所示。

（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)部分

（1）小車底盤

為了提高果實采摘的效率，減輕果農(nóng)勞動強度，便于果實運輸，本次設(shè)計的采摘機(jī)底部安裝小車底盤，在采摘過程中，通過控制小車的運動，在采摘地點往復(fù)行走，與采摘機(jī)械臂運動配合，完成果實的運輸，便攜式果實采摘機(jī)的電動機(jī)的使用特點為快速啟動、正反轉(zhuǎn)、承受過載、無調(diào)速要求。依據(jù)電動機(jī)類型參照表，直流電動機(jī)有著快速頻繁啟動、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、大過載能力、順滑的速度、精切、方便使用、低價易于保養(yǎng)等特點。故本次采摘機(jī)模型制作首選用直流電動機(jī)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝，四個直流減速電機(jī)，轉(zhuǎn)彎靈活，方向性好，且底盤容易擴(kuò)展。對于復(fù)雜的地形，為了避免車體過于振動，可以采用履帶式小車底盤。

（2）機(jī)械手臂

用于完成采摘動作的機(jī)械手臂具有四個自由度，在顏色傳感器識別成熟果實后，觸發(fā)程序的控制下，帶動機(jī)械手完成對在果實莖處進(jìn)行剪切，整個機(jī)械手臂的作用是帶動剪切機(jī)械手完成果實的采摘動作。

（3）傳送緩沖裝置

在機(jī)械手完成剪切動作后，剪切掉的果實由于重力的作用會迅速下落，為了避免果實在下落的過程中受到損害，采摘機(jī)包含了傳送緩沖裝置[1]，將軟管與剪切機(jī)械手相連，其長度可根據(jù)機(jī)械手移動的位置進(jìn)行調(diào)整，在果實落入收集裝置以前能夠在很大程度上減少了撞擊對水果果品產(chǎn)生的損害。

（4）收集裝置

為便于果實的收集，在車底盤后方安裝收集裝置，順著緩沖軌道下落的果實，直接落入收集裝置中，待小車行走到指定地點，再將果實卸下，提高了采摘的效率。

（三）控制部分

本次設(shè)計的控制部分主要是針對小車的行走路線、機(jī)械手的采摘動作以及二者之間動作的配合?？刂品绞讲捎没贏rduino的顏色傳感器識別[2]，控制程序流程如圖3所示：

三、結(jié)論

本次設(shè)計的采摘機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，操作方便等特點，特別適用于在暖棚等有限作業(yè)空間內(nèi)工作，通過設(shè)定的采摘路線，利用機(jī)電結(jié)合的方式，降低了農(nóng)戶的勞動強度，大大提高了采摘的效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 許書菡.便攜式摘果器[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，19（10）：165-166.

[2]呂小蓮.基于顏色信息的采摘西紅柿識別方法[J].計算機(jī)工程，2010，36（11）：178-179，182.