机械式田间草莓采摘装置的设计与研究

富丽

摘要：随着草莓种植的推广，国内草莓种植面积迅猛增加，而收获劳动力不足，严重制约草莓种植的发展。本装置遵循简单高效、操作方便、性价比高的设计原则，利用纯机械的原理，采用可伸缩式车架，适应草莓种植地的各种作业空间环境;利用手动机械臂操控机械刀头，大幅度降低采摘人员劳动强度;采用电机动力改变刀头方向，提高采摘效率。该装置设计运用纯机械原理和机械手段，具有简单实用、存放空间小、便于操作、维修方便等优点，可以广泛用于草莓采摘的生产实践中。

关键词：草莓采摘;简单高效;操作方便

1.研究目的、背景及意义

水果采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节，具有劳动强度大、人工成本高、季节性强、时间紧迫等特点。随着人口老龄化的加剧，使得能够从事农业生产的劳动力越来越少，单靠人工劳作已不能满足现有的需要。草莓属于浆果，其含水量大、果皮薄、组织娇嫩、柔软多汁，缺乏坚硬外皮保护，因此草莓采摘只能依靠人工，给果农带来诸多不便。在草莓采摘园里，我们时常会看到这一幕，果农长时间弯腰作业，走完上百米的地垄始终抬不起腰，这给果农的身体带来了很大伤害。

因此，为了着力解决弯腰采摘草莓的问题，我们设计了这款草莓采摘装置，该设备在不耗费大量人力的情况下，采用纯机械结构，能够实现快速高效地进行草莓采摘，从此果农可以“站着”采摘草莓了。此设备操作简单、成本低、效率高，适用于各种草莓种植园。

2 设计方案

2.1设计思路

该采摘车利用纯机械原理，采用可伸缩式车架，适应草莓种植地的各种作业空间环境;利用手动机械臂操控机械刀头，大幅度降低采摘人员的劳动强度;采用电机动力改变刀头方向，提高采摘效率;很好地解决了采摘效率低、人工成本大的问题。

2.1.1功能需求

基于人工采摘草莓存在的问题和弊端，明确了设计理念，总结了机械式田间草莓采摘车的功能需求，如下表所示：

2.1.2.功能分解及实现

功能分解：

根据机械式田间草莓采摘车设计需求，具体功能如下：

1.高效采摘草莓。利用手动机械臂操控机械刀头，大幅度减少采摘人员劳动力;采用电机动力改变刀头方向，提高采摘效率。

2.省时省力，减少成本。利用小推车代替人工前行，大大的缩短了工作时间，产品制作简单，选取材料较为普遍常见，大大降低了成本。

3.操作简单，维修方便。本产品操作简单，使用方便，大大减少了维修成本。

3 结构设计

3.1整体结构

如图1所示为该草莓采摘装置的三维图形，主要由车体支撑部分、手动操纵部分、采摘执行部分、采摘车运动部分和果实收纳部分组成。

3.2车体支撑结构

草莓采摘车车体框架如图2所示。我们在左右两侧框架上配钻了若干个圆孔，结合螺栓紧固件来调节车体的宽窄，为的是让草莓采摘车在面对不同宽度的地垄时都能够正常作业。

草莓采摘车除了可以调节宽窄以外，另一个作用是支撑和搭载，如弹簧座、管固定座、果實收集盒等都安装在车体框架上。

3.3 手动操纵拉杆结构

图3所示为手动操纵拉杆结构。它的主要功能是控制末端执行结构及调节方向。

通过手动操纵拉杆手柄的开合，控制执行末端剪夹头的开合。拉杆中间焊有一个弹簧固定端，与车体搭载的弹簧座共同连接在弹簧两端，从而间接地将拉杆“固定”在车体上，使拉杆既可以根据草莓的方位随意调节方向又可以随车行走。拉杆的另一端设有刀头杆支撑座，将拉杆与末端执行部分连接起来。

3.4末端执行结构

如图4所示，拉杆下端的部分即为末端执行结构，即采摘执行部分。

末端执行结构主要由夹持器、切割刀片、电机减速机等组成。夹持器主要利用夹持柄对果梗进行夹紧和释放，且在与果实接触的结构内侧覆有弹性胶层，以保证在夹紧过程中抓取力分布均匀及增大与果梗间的摩擦力，使夹持可靠。

工作时捏合拉杆的手柄，带动夹持柄平行靠近并夹紧果梗，然后通过刀片切断果梗，从而实现草莓采摘。

4 创新点及应用推广

4.1创新点

1.实现站立采摘，免去以往弯腰采摘草莓给身体带来的不适。

2.采用纯机械作业，使用方便，绿色环保;

3.本产品结构简单、工作效率高、成本低廉、维修方便，性价比极高。

4.2应用推广

本装置不仅可以采摘草莓，也可用于其他垄作种植物的采摘，功能实用，性能可靠，操作简便，绿色环保;果农可单人独立操作，并大幅度降低劳动强度，且成本低廉，符合一般果农的购买能力，因此有极大的推广价值。

（作者单位：陆军装甲兵学院士官学校）