基于UG的苹果采摘机械臂与末端执行器的结构设计

朱容芳，朱煜华

(1.广西大学 机械工程学院，南宁 530004;2.四川农业大学 动物医学院,四川 雅安 611130)

0 引言

苹果作为最为常见的水果之一，资料显示2012年，我国苹果种植面积就达到230万hm2，产量达3800万t，且近几年中国在苹果生产、出口和消费上遥遥领先其它国家[1]，水果种植业的迅速发展提升了果园收获机械的市场需求，针对商品果采摘我国目前存在的相对较多的是机械手“一对一”模式，运用振摇法进行非商品果的采摘，极大提高了采摘效率。

1 工作原理

苹果采摘机械臂与末端执行器的机构包括动力机、曲轴、摇杆、可伸缩式机械臂、机械爪。机器工作时，通过机械臂的伸缩调整机械爪与树干的距离，距离合适后，张开机械爪抓住树干，由于大多果园中果树整齐种植，因此两侧的机械爪都可以抓住树干，然后，原动机带动曲轴开始转动，再通过摇杆将动力传递给末端执行机构，使苹果树左右摇晃产生惯性力，以此对苹果的果柄加以力的作用，当惯性力大于果柄与树枝连接的结合力，或者苹果与果柄的结合力时，苹果就会被摇晃下来，而后收集起来即可完成苹果的采摘，结构设计图如图1所示。

2 结构设计

2.1 曲轴摇杆的设计与分析

机械爪抓取树干的部位离地越高，全振幅越大，阻力矩越小，取苹果树直径为100 mm，正常土壤环境下，采用振动台进行试验，得到最佳夹取位置为h=750 mm，振动最大幅角为3°，可得全振幅S≈80 mm，曲柄半径r与全振幅S之间的关系为S=2r，故，曲轴半径为40 mm，设计曲轴结构如图2。……