蘋果幼果套袋裝置設計

潘宗平，黃天成，袁春洋，彭 佶，胡校搏

(長江大學，湖北 荊州 434000)

0 引言

高效率、低成本是新時代的一大特征，自動化逐漸變?yōu)橐环N主流趨勢，農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)是當前世界農(nóng)業(yè)機械化研究的前沿領(lǐng)域。機械工作相比人工來說具有效率更高、作業(yè)更精確的特點，尤其是當前我國在微電子、傳感器等一些尖端領(lǐng)域取得了較大成就，這為農(nóng)業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持[1-2]。研究了一種手持式幼果套袋機械裝置，能實現(xiàn)自動送袋、撐袋以及封口操作，操作簡單方便，大大提高了果農(nóng)套袋效率和質(zhì)量，適合推廣使用。

1 背景

水果套袋能夠最大限度地隔絕與外界環(huán)境的接觸，隔絕農(nóng)藥的殘留、減少害蟲的侵蝕、避免幼果與樹葉枝干的摩擦損傷，對于增加水果光澤，保持水果內(nèi)部生長的溫度、濕度，提高水果品質(zhì)有著很好的促進作用[3]。套袋技術(shù)首次出現(xiàn)在20世紀70年代的日本、韓國、美國，最初主要應用在易受損傷的水果上，例如梨子、葡萄等，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，各國科學家發(fā)現(xiàn)套袋技術(shù)對于提高水果品質(zhì)有很大的作用，因此水果套袋技術(shù)幾乎應用于所有的水果種植[4]。

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，我國幼果套袋主要分為人工套袋和機械套袋兩種；果袋形式主要為塑料套袋和紙袋；傳動機構(gòu)分為摩擦傳動和吸盤傳動；撐袋機構(gòu)可以分為粘貼撐袋和機械擺動撐袋兩種；封口裝置可分為熱熔膠粘合、鐵絲固定、訂書釘封口等方式[5]。我國作為農(nóng)業(yè)大國，在校企融合促進科研的大背景下，水果套袋機構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，目前針對不同的傳動、封口方式，以及不同的水果已經(jīng)發(fā)展出不同的套袋機構(gòu)，我國各高校及科研院所也對套袋機器人展開了深入研究。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

目前，國外一些發(fā)達國家對于幼果套袋技術(shù)的研究較少。日本和美國更加青睞于多功能一體化的機器人，幼果套袋僅作為其中的一項功能。日本和美國都是世界發(fā)達國家，但是其國家經(jīng)濟體系構(gòu)成有很大的區(qū)別，日本土地資源較為稀缺，加上勞動力不足等因素，使日本在農(nóng)業(yè)機器人等方面一直走在世界前列[6]。美國地廣人稀，農(nóng)場規(guī)模大、勞動力少，因此很難像中國這樣通過果農(nóng)手持幼果套袋機進行工作。其更傾向于利用先進的科學技術(shù)，在水果上噴灑一種可降解液體膜，使用化學藥劑的方式減少水果的病蟲害、保證水果品質(zhì)[7]。

2 蘋果幼果套袋裝置的整體結(jié)構(gòu)

本研究的蘋果幼果套袋裝置主要由三部分組成，分別為儲袋機構(gòu)、送袋機構(gòu)、撐袋及封口機構(gòu)，蘋果幼果套袋裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

儲袋機構(gòu)一側(cè)設有送袋機構(gòu)，送袋機構(gòu)與儲袋機構(gòu)連接；送袋機構(gòu)一側(cè)設有撐袋及封口機構(gòu)；撐袋及封口機構(gòu)包括滑動的第二滾輪組，第二滾輪組至少有兩個相反轉(zhuǎn)向的滾輪，第二滾輪組的兩側(cè)設有滑動封口夾；通過第二滾輪組中的滾輪相反轉(zhuǎn)動，使紙袋開口的一側(cè)卡入第二滾輪組中，將紙袋口拉開，然后通過封口夾將紙袋上的鐵絲擠壓變形封口。

2.1 儲袋機構(gòu)

儲袋機構(gòu)(圖2)中的外罩內(nèi)設有第一支撐架，第一支撐架內(nèi)設有滑動連接的連接軸，連接軸端部設有壓板，壓板與第一支撐架之間設有彈簧；壓板下方設有滾軸，滾軸與第一支撐架連接；第一支撐架一側(cè)設有第一電機，第一電機通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動滾軸轉(zhuǎn)動。通過彈簧的彈力將壓板與滾軸之間的紙袋壓緊。

1.儲袋機構(gòu);2.送袋機構(gòu);3.撐袋及封口機構(gòu);4.端蓋圖1 蘋果幼果套袋裝置總體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.外罩;2.第一支撐架;3.彈簧;4.滾軸;5.壓板;6.第一電機;7.連接軸圖2 儲袋機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2.2 送袋機構(gòu)

送袋機構(gòu)(圖3)中的第二支撐架內(nèi)設有多組水平對立安裝的第一滾輪組，第一滾輪組通過支撐座與第二支撐架連接，支撐座一側(cè)設有第二電機，第二電機通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動第一滾輪組中的滾輪旋轉(zhuǎn)。第一滾輪組中的滾輪為2個，2個滾輪旋轉(zhuǎn)方向相反；紙袋兩側(cè)夾持在第一滾輪組中的2個滾輪之間，通過2個滾輪相反的旋轉(zhuǎn)摩擦力對紙袋進行輸送。撐袋及封口機構(gòu)中的第二滾輪組一端設有滑動座。第二滾輪組與滑動座滑動連接，第二滾輪組一端設有第三電機(圖4)，第三電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動第二滾輪組在滑動座上滑動。

1.第二支撐架;2.第一滾輪組;3.支撐座;4.第二電機圖3 送袋機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.3 撐袋及封口機構(gòu)

撐袋及封口機構(gòu)(圖4)中的第二滾輪組一端設有滑動座，第二滾輪組與滑動座滑動連接，第二滾輪組一端設有第三電機，第三電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動第二滾輪組在滑動座上滑動。撐袋及封口機構(gòu)一端設有端蓋，滑動座一側(cè)設有第六電機，第六電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動滑動座在端蓋上滑動。封口夾為兩個相對滑動的叉形構(gòu)件，叉形構(gòu)件的開口部對稱布置，叉形構(gòu)件的開口部相對滑動，使開口部之間形成的空間截面大小往復變化。封口夾一側(cè)設有安裝座，封口夾與安裝座滑動連接，安裝座一側(cè)設有第五電機，第五電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動封口夾在安裝座上滑動。安裝座一側(cè)設有固定座，固定座一側(cè)設有第一滾輪組，安裝座與固定座滑動連接，安裝座一端設有第四電機，第四電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動，使安裝座在固定座上滑動，固定座與端蓋滑動連接?；瑒幼c固定座之間設有連桿。

1.封口夾；2.滑動座;3.第三電機;4.第六電機;5.滾輪座;6.第二滾輪組;7.連桿;8.第一滾輪組9.安裝座;10.固定座;11.第四電機;12.第五電機圖4 撐袋及封口機構(gòu)結(jié)構(gòu)視圖

3 工作原理

幼果套袋機的工作順序是送袋機構(gòu)將儲袋機構(gòu)中的果袋送到撐袋及封口機構(gòu)進行撐袋及封口，最終完成套袋過程。

儲袋機構(gòu)設置有壓板、彈簧與滾軸。利用儲袋機構(gòu)所設置的彈簧彈力將壓板與滾軸之間的紙袋壓緊，確保送袋機構(gòu)將紙袋連續(xù)輸送；在儲袋機構(gòu)出口處設置擋板結(jié)構(gòu)，擋板與滾軸之間有一定間隙，該間隙尺寸與紙袋厚度相匹配，以保證滾軸轉(zhuǎn)動時只將一個紙袋輸出。通過電機驅(qū)動滾軸轉(zhuǎn)動，帶動一個紙袋向前移動，紙袋兩側(cè)夾持在送袋機構(gòu)的多組滾輪組之間，每個滾輪組的兩個滾輪旋轉(zhuǎn)方向相反，利用相反的旋轉(zhuǎn)摩擦力對紙袋進行輸送。多組滾輪組的設置保證紙袋輸送的準確性。

撐袋及封口機構(gòu)設置兩套滾輪組，第一滾輪組一端設有滑動座和電機，電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動第一滾輪組在滑動座上滑動。第二滾輪組上安裝的兩個滾輪反向轉(zhuǎn)動，將紙袋開口邊緣卡住，然后將第一滾輪組向上移動，實現(xiàn)開袋，操作簡單方便。

封口機構(gòu)封口夾為兩個相對滑動的叉形構(gòu)件，叉形構(gòu)件的開口部相對布置，能夠?qū)崿F(xiàn)相對滑動，使兩個叉形構(gòu)件的開口部之間形成的空間截面大小往復變化，利用此結(jié)構(gòu)，叉形構(gòu)件能更好地貼合在鐵絲上，通過兩個叉形構(gòu)件行程的空間截面縮小，將紙袋上的鐵絲進行壓縮至封口。封口夾一側(cè)設有安裝座，封口夾與安裝座滑動連接，安裝座一側(cè)設有電機，電機通過齒輪齒條嚙合驅(qū)動封口夾在安裝座上滑動。利用叉形、對立安裝、交錯布置的兩個封口夾，能夠在相對移動過程中使兩個封口夾的開口縮到最小，同時保證鐵絲變形將紙袋封口。

封口結(jié)束后封口夾復位，從套好袋的幼果上取下裝置，裝置自動再次進行送袋及撐袋，實現(xiàn)連續(xù)套裝動作。

4 結(jié)語

針對蘋果生產(chǎn)中幼果人工套袋勞動強度大效率低的問題設計了一種手持式幼果連續(xù)套袋機，該裝置能夠連續(xù)實現(xiàn)取袋、撐袋、套袋、封袋及復位功能。整機結(jié)構(gòu)輕便，自動控制，手持操作較為輕松，簡單方便，套袋效果良好，能有效降低人工套袋的勞動強度，提高幼果套袋的作業(yè)效率。

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