新型水果采摘机械器人设计

张继光 李春雪 成理鹏 沈阳工学院

1 发明原因

在实际农业生产中，采摘水果在有些情况下存在一定的障碍，由于水果所处树枝高采摘十分困难。我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一大水果消费国，采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%～50%；目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。使用采摘机械械装置，不仅可以提高采摘效率，还降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益，因此提高采摘作业机械化程度有重要的意义。所以研发一台可以协助人类采摘水果的机械装置成为一种必然的趋势。

2 产品设计

本文将设计一台多重自由度的农业水果采摘机械器人，用于给采摘水果。首先，本文将设计水果采摘机械器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建水果采摘机械器人的结构平台；机械结构直接决定机器人运动的灵活性和控制的复杂性。

以下是对该产品的进一步描述：该水果采摘机包括机架、剪切机构、调节机构调节机构包括支撑柱、旋转台、双摇杆机构、液压杆、轮子、底盘、旋转装置、支撑杆、液压缸、连杆、机械爪等组成。旋转台低端套在基座上，基座外固定一个舵机，舵机的输出轴与其内的伞状齿轮相铰接，使得旋转台可以任意角度旋转，旋转台的上端与支撑柱的一端相连，支撑柱面上固定有两个正反传动机，正反转动机输出轴连接摇杆机构，摇杆机构固定端中部与液压伸缩杆铰接，液压伸缩杆上下转动，前后伸缩来配合连杆控制机械手，摇杆机构另一端与机械臂相铰接，机架上固定有一个正反传动机，正反转动机的输出轴固定连接在一组伞状齿轮的一端，剪切机构主要是由机械手构成的，机械手两臂与内部两组齿轮相接，上部固定一个正反转动机，转动机的输出轴分别与内部两组齿轮啮合控制其转动。

该新型水果采摘机械，还包括底座，底座上安装有车轮，底座左右安装有驱动电机，驱动电机连接有驱动轴，驱动轴连接底座车轮，从而带动采摘机械的移动。采摘机械的主要动力源是通过舵机来驱动采摘机械运动的，该机器主要利用的原理是杠杆原理和曲柄连杆机构，舵机转动驱动连接杆绕定点转动来实现机械臂的上升和下降，还将动力传递给齿轮，然后齿轮传动是机械爪夹紧和小车底座的前进。所有的动作都可以通过人控制手柄驱动舵机来实现，这对于果农采摘果实节省了大量的人力和时间，解决了很大的问题。本发明通过液压伸缩杆机构和机构控制装置有效的实现水果采摘功能并且有效的节省了人力和物力，通过多人操作变为了单人操作。这类水果采摘机结构简易并且适用于各种人群的使用并且为采摘水果的果农提供了更大的便利。

3 改进方向

本产品在实际生产中还是存在部分问题，例如水果的实际采摘过程中，是否会因为水果本身的缘故，水果过大或者过小，水果大小不在机械爪的伸缩程范围内，机械爪难以抓取，应该适当改变机械爪形状，应改为倒“V”字型-菱形式智能识别机械爪头，这样在很大程度上就不受水果自身大小的限制了。智能识别装置，可以用机械爪一次性直接将水果抓取下来，在机械水果采摘机械即将行驶到目的地时，提前调整机械爪的大小以及角度，使得工序完成更快，还应在机械爪上加装一些适当的海绵缓冲装置以及落果袋来进行采摘水果；本文认为在这些点上还应有所突破以及未涉及苹果采摘后的分拣及包装系统，在今后的设计中可着重进行研究。

[1]锻洁利，陆华忠等.水果采摘机械的现状与发展{J}.广东农业科学，2012,39（16）

[2]王洪义.农业机械化与农业劳动力转移. 北京农业,2011

[3]罗锡文.对加速我国农业机械化发展的思考. 农业工程,2011

[4]陈兆永.农业机械自动化的现状及推广策略.{J}南方农机，2017,48（14）

[5]马质璞，张抗，等.一种新型单果采摘器的设计.{J}机械设计与制造，2017（5）