大棚草莓无人化自动采摘装置的设计与研究

楼建忠　麻桂杨

摘 要 针对大棚栽培草莓采摘季节性强，人工采摘效率低等问题。该文设计开发了一种应用于大棚草莓无人化采摘的自动采摘装置。该装置由草莓自动采摘机、辅助搬运小车两部分组成，通过电机驱动主动轮在导轨上运动，采摘机上的机械手上安装有颜色传感器，实时监测草莓位置和成熟度，实现草莓的实时采摘，搬运小车通过升降交换爪实现与草莓自动采摘机的对接和收集盒的交换，从而实现大棚草莓无人化采摘。所研发的草莓采摘机为解决草莓采摘自动化提供了参考。

关键词 大棚栽培 草莓 采摘机械 无人化

0引言

近年来，我国草莓种植面积迅速扩大，采摘周期短，成熟后若不及时采摘，容易发生腐烂。在国内，水果采摘机械装置的研究才刚刚起步，目前我国草莓采摘大部分靠人工采摘，劳动强度高，作业量大，采摘效率低。在草莓成熟旺季，需要雇佣足够的人员来采摘草莓，严重制约草莓种植业的发展。

本文所设计的草莓无人化自动采摘机械装置，适用于大棚人工栽培草莓的采摘，利用安装于机械手上的颜色传感器自动识别草莓，判断成熟草莓的位置和成熟度，并进行实时采摘，运输小车负责与草莓采摘车进行对接，并对草莓进行搬运，实现草莓采摘与搬运的衔接，解决了大棚种植草莓无人化采摘的问题。

1总体结构与工作原理

草莓无人化自动采摘机械装置包括草莓自动采摘机、辅助搬运小车和导轨。其中草莓自动采摘机负责草莓的采摘，辅助搬运小车负责采摘后草莓的自动运送，搬运后的草莓再进行分级和包装处理，从而实现大棚草莓采收的无人化作业。

工作时，首先启动草莓采摘机，通过传感器识别草莓并进行实时定位，机械手爪抓取草莓并用刀片切下，将草莓放入输送带，输送至草莓盒，重力传感器感应所采摘草莓的重量，当达到给定重量时，给出指令，启动草莓盒替换机构，并启动搬运小车，将草莓盒运送至指定地点，在该处进行草莓分拣，并完成草莓包装。

2采摘装置各机构设计

2.1草莓自动采摘机械装置

如图1所示为草莓自动采摘机械装置，其结构包括采摘机械手、采摘机械手滑移导轨、输送带、升降交换刺爪、丝杠传动机构、主动轮、从动轮、导轨、锥齿轮对、升降交换爪和机架等。

草莓自动采摘机械装置通过主动轮上的电机驱动，实现在导轨上自由滑移实现前进、后退和灵活转弯，采摘机械手可在导轨上来回移动，实现滑移导轨范围内的草莓采摘，等这一区域内的草莓被采光后，底部主动轮驱动，将整机移至下一个区域，导轨端部有接触式传感器，当机械手移至端部时，及停止移动，发送信号给处理器，触发底部主动轮电机运动。 机械手将采摘的草莓放入输送带，通过输送带将草莓送至放置于升降交换爪的草莓收集盒中，升降交换爪通过丝杠传动实现升降，交换爪装有重力感应器，当草莓采集到一定重量时，及与输送小车进行收集盒交换。采摘手爪采用柔性材料，确保在采摘过程中不损伤草莓，机械手爪端部装有颜色传感器，通过颜色传感器感应所采摘草莓的成熟度，同时通过机械手爪端部的刀片旋转割断草莓。

2.2輔助搬运小车

设计的辅助搬运小车具有实时搬运功能，小车上设计有螺杆传动升降机构，可以实现与采摘主机的收集盒交换。辅助搬运小车通过主动轮驱动，用电机作为动力源实现小车的前进和后退，与草莓自动采摘机械装置衔接配合，从而实现了整个大棚草莓的无人化采摘。

3创新点与特色

所设计的大棚草莓无人化采摘的机械装置具有以下创新点：（1）利用颜色传感器实现对草莓的实时识别与定位，从而实现了大棚草莓智能采摘；（2）利用重力感应器自动感觉草莓重力，通过收集装置自动交换机构实现收集盒的自动交换，提高了草莓采摘的自动化；（3）通过辅助搬运小车实时对采摘后草莓进行搬运，将草莓搬运至指定位置进行分拣与包装，实现无人化采摘与管理。该作品具有很大市场推销广应用价值，同时解决了无人化一个采摘的实际问题。