一種氣囊式智能水果采摘器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黃世剛 金曉怡 李亮 黃正飛 鄭大彬

摘要：為解決人工輔助采摘工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不利于攜帶、采摘效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)水果有保護(hù)效果的氣囊式水果采摘機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)采摘裝置的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，確保對(duì)水果的高效采摘，分級(jí)氣囊對(duì)水果表面起到保護(hù)作用，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：采摘器;可伸縮性;便攜式

中圖分類號(hào)：S225.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0167-01

0 引言

在傳統(tǒng)水果的生產(chǎn)作業(yè)中，果實(shí)成熟后的采摘是整個(gè)生產(chǎn)中最耗時(shí)費(fèi)力并且容易造成損失的一個(gè)環(huán)節(jié)。水果收獲期間需投入的勞動(dòng)力占整個(gè)種植過(guò)程的50%～70%。水果收獲具有很強(qiáng)的時(shí)效性，屬于典型的勞動(dòng)密集型的工作[1]，但是由于采摘作業(yè)基本上還是手工完成[2]，高處果樹(shù)水果的采摘還帶有一定的困難性和危險(xiǎn)性[3]，因此研發(fā)人工采摘水果機(jī)械裝置具有重要意義。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，設(shè)計(jì)了一款利用氣囊式輔助采摘高枝單果的裝置，該種單果采摘器主要適用于地形復(fù)雜的山區(qū)農(nóng)戶和小型水果園使用[4]，有助于提高水果采摘效率，減少采摘成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度[5]。

1 設(shè)計(jì)思路

輔助采摘裝置的類型主要分為大型和小型，其中大型采摘裝置：高成本，高功率，受地形因素影響大，特別是云貴川地區(qū)，以丘陵為主，受地理位置影響，果農(nóng)的種植規(guī)模較小，大部分都播種在丘陵和坡地上，不宜使用大的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行采摘。這些土壤通常具有較少的有機(jī)質(zhì)，較淺的土壤層，較少的保水性和肥料保留，以及收獲期間較高的風(fēng)險(xiǎn)因素。我們針對(duì)這些情況，設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于山地、丘陵的小型人工輔助采摘結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 功能分解

功能分解如圖1所示，將采摘功能分解為動(dòng)力源與采摘方式。

2.2 功能元解

功能元解如表1所示，利用手持施力，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以及充氣泵作為動(dòng)力源，氣囊將采摘對(duì)象包裹后，進(jìn)行夾持扭轉(zhuǎn)，完成采摘操作。

2.3 結(jié)構(gòu)組成

本氣囊式水果采摘器機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括采摘?dú)饽遥D(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，絲桿滑臺(tái)螺桿和伸縮裝置，電機(jī)，充氣泵等，其中電機(jī)和絲桿滑臺(tái)螺桿作為轉(zhuǎn)向裝置的主要?jiǎng)恿ΓS著螺桿和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，采摘?dú)饽覍?shí)現(xiàn)可控角度的轉(zhuǎn)向，繞過(guò)樹(shù)枝等障礙物，對(duì)水果進(jìn)行采摘，采摘?dú)饽矣煞旨?jí)氣囊組成，在采摘過(guò)程中可根據(jù)水果的實(shí)際位置，調(diào)節(jié)采摘器的伸縮裝置，使采摘器伸長(zhǎng)到有利于對(duì)水果采摘的高度，通過(guò)控制充氣泵，使分級(jí)氣囊達(dá)到充氣狀態(tài)，將水果包裹，水果被固定在分級(jí)氣囊間隙，將水果與樹(shù)枝分離，完成一次采摘。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的水果采摘器利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副偏轉(zhuǎn)適宜角度，帶動(dòng)采摘裝置旋轉(zhuǎn)，便于采摘裝置到達(dá)任意采摘對(duì)象的下方[6]，伸縮裝置的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)采摘機(jī)構(gòu)不可延長(zhǎng)的缺陷，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)分布的水果進(jìn)行采摘[7]，采摘?dú)饽医鉀Q了普通采摘器采摘水果品種單一的問(wèn)題，在采摘時(shí)可按照水果不同的品種和尺寸大小控制分級(jí)氣囊的充氣狀態(tài)[8]，將水果固定在分級(jí)氣囊中，并且對(duì)水果表面起到保護(hù)作用，使水果不受損傷，保證營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不流失，提高水果的商業(yè)價(jià)值。

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