一種蘋果采摘裝置機(jī)械臂設(shè)計(jì)

一種蘋果采摘裝置機(jī)械臂設(shè)計(jì)712100摘要：隨著社會的發(fā)展，蘋果在朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，在這一背景下人們對于果實(shí)的采摘效率提出了更高的要求，傳統(tǒng)的人工采摘方式不僅效率低，而且還會造成嚴(yán)重的人力資源浪費(fèi)，基于本文設(shè)計(jì)了蘋果采摘裝置，希望可以有效地提高蘋果的采摘效率。關(guān)鍵詞：蘋果采摘；機(jī)械臂；設(shè)計(jì)1刖言蘋果是一種深受我國人民喜愛的一種水果，在我國有大規(guī)模的種植，當(dāng)前我國大部分地區(qū)都采用人工方式來完成蘋果的采摘工作，人工采摘蘋果對勞動(dòng)力的需求比較多，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大，生產(chǎn)效率也比較低。通過對當(dāng)前我國蘋果種植情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前蘋果的人工采摘方式有伸縮桿剪刀采摘、伸縮桿仿生爪采摘、吸盤式采摘等，人工采摘方式主要存在三方面的缺點(diǎn)［1］:當(dāng)前最常用的蘋果采摘工具是，采摘人員手持可控伸縮桿，桿的頂部則固定有剪刀或者是機(jī)械爪，利用其將果柄剪斷或者擰斷，這樣蘋果就會從下方的布兜處落下，從而完成蘋果的采集。這種蘋果的采摘方式具有操作簡單的特點(diǎn)，但是采摘的效率比較低，在實(shí)際采摘過程中，采摘人員經(jīng)常會因?yàn)闂U力臂過長而非常費(fèi)力，導(dǎo)致其采摘人員需要耗費(fèi)大量的精力，影響采摘效率。吸盤式采摘也是常用的一種蘋果采摘方式，主要利用空氣泵來抽氣，使得塑膠制成的吸盤處于真空的狀態(tài)，這樣吸盤就能夠吸附在蘋果的表面，這樣可以使蘋果和果柄都落入到下方的網(wǎng)兜中，從而完成蘋果的采摘和收集。這種采摘方式的采摘效率要高于采摘人員手持可控收縮桿來進(jìn)行采摘的效率，但是現(xiàn)在還沒有實(shí)現(xiàn)完全的普及，而且這種采摘方式還存在一個(gè)顯著的問題，就是操作比較復(fù)雜，不能夠完全保證吸盤一次就可以吸附果實(shí)，不適用于個(gè)體和果園進(jìn)行采摘使用［2］。機(jī)械搖撞法是除了上述兩種方法之外，另一種常用的采摘方法。這種方法存在明顯的缺陷，不僅效率低，而且容易傷害到果實(shí)，成本比較高，不具有通用性[3]總的來說，當(dāng)前我國果農(nóng)在蘋果采摘方面有幾種可選的手段，但是都存在一些缺陷，影響到了蘋果的采摘效率，基于這種問題，設(shè)計(jì)一款新型的蘋果采摘裝置，提高蘋果采摘的效率就顯得尤為重要，在這樣的背景下本文設(shè)計(jì)了一種蘋果采摘方式。2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)前我國蘋果采摘過程中存在采摘效率低、勞動(dòng)力要求高等方面的問題，為了提高蘋果的采摘效率，降低蘋果采摘過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)小型蘋果采摘機(jī)，這種蘋果采摘裝置可以顯著的提高蘋果的采摘效率，而且成本可控，能夠解決蘋果采摘過程中面臨的各種困難，有這比較好的發(fā)展前景。本文設(shè)計(jì)的小型蘋果采摘機(jī)的主體是推車，這種不需要人工手持工具，而是由推車推行，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。而且在推車上可以設(shè)置多個(gè)工位，能夠同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，能夠有效地提高采摘的效率。采摘部分由電動(dòng)推桿+機(jī)械爪+紅外傳感器組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)采摘，在采摘過程中只需要人工對電動(dòng)推桿伸長和縮短就可以了；在電動(dòng)推桿上安裝有固定可視化設(shè)備，通過這一裝置可以使采摘人員不需要進(jìn)行仰頭采摘，更加的方便；最后，在推車上還設(shè)置有分揀裝置，利用這一裝置可以實(shí)現(xiàn)采摘、分揀的一體化，提供蘋果采摘的效率。蘋果采摘裝置如圖1所示：圖1蘋果采摘裝置結(jié)構(gòu)圖3功能設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的蘋果采摘裝置主要具有可控伸縮、定點(diǎn)采摘、自動(dòng)摘取、可視化和分揀裝箱等方面的功能，下面對這幾部分功能進(jìn)行介紹：可控伸縮。電動(dòng)推桿具有可控伸縮的特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)蘋果樹的實(shí)際高度來對伸縮桿的長短進(jìn)行控制，從而提升采摘范圍，提高采摘裝置的適用范圍，更好地完成蘋果的采摘工作。自動(dòng)摘取。本文設(shè)置的蘋果采摘裝置具有紅外傳感器+機(jī)械爪+傳感器+攝像頭等部分，基于這些部分可以實(shí)現(xiàn)蘋果的自動(dòng)摘取。定點(diǎn)采摘。本文設(shè)計(jì)的蘋果采摘裝置，電動(dòng)推桿是規(guī)定在多自由度支架上的，通過支架其可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，基于這樣的設(shè)計(jì)其在一個(gè)位置上就能夠多點(diǎn)采摘。在實(shí)際應(yīng)用過程中，采摘人員只需要通過控制手柄上的兩個(gè)開關(guān)從而控制電動(dòng)推桿的伸長與縮短即可完成整個(gè)采摘過程.可以提高采摘效率?？梢暬?。在電動(dòng)推桿上設(shè)置了固定微型攝像頭模塊加顯示屏，這樣就可以實(shí)現(xiàn)可視化操作，使采摘人員不需要仰頭來確定蘋果的位置，使采摘人員的工作過程更加輕松、舒適，有助于提高采摘的效率。分揀裝箱。除了采摘功能之外，本文設(shè)計(jì)的蘋果采摘裝置還具有分揀功能，從而可以實(shí)現(xiàn)采摘、分揀的一體化作業(yè)，幫助工人們簡單的進(jìn)行分揀裝箱作業(yè)，這樣可以極大的挺高工作的效率。4工作過程本文設(shè)計(jì)的蘋果采摘裝置，其工作過程主要包括可視化采摘多方位自動(dòng)采摘:可視化采摘。在電動(dòng)推桿上裝有微型攝像頭和顯示屏，基于這種設(shè)計(jì)，采摘人員可以通過顯示屏直接準(zhǔn)確定位蘋果位置，而不需要像使用傳統(tǒng)采摘舉桿那樣仰頭確定蘋果的位置，從而有效的提高采摘的效率，降低采摘過程的勞動(dòng)強(qiáng)度。多方位自動(dòng)采摘。在采摘裝置的機(jī)械爪部位設(shè)置有紅外轉(zhuǎn)傳感器，當(dāng)機(jī)械爪距離蘋果2mm時(shí)，其就會將信號傳輸至單片機(jī)，然后由單片機(jī)控制機(jī)械爪捏合.接著與機(jī)械爪底部相連的小型電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)兩周擰斷果柄.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采摘。同時(shí)在推桿底部還設(shè)置有兩個(gè)按鈕，采摘人員通過按動(dòng)按鈕就能夠?qū)ν茥U的伸縮進(jìn)行控制，從而輕松完成整個(gè)采摘過程。最后，在推車上布置多個(gè)工位實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)多角度采摘。自動(dòng)分揀。兩圓帶輪之間的角度為16度.蘋果從平帶落到圓帶上.圓帶和圓帶之間的距離是不同的，基于這一特點(diǎn)蘋果在圓帶上滾動(dòng)時(shí)，會根據(jù)自身之間的大小依次落下，最終落入到分揀裝置下面的箱子中，通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)了簡單的分揀。5裝置的優(yōu)點(diǎn)隨著技術(shù)的發(fā)展，以及蘋果采摘需求的推動(dòng)，現(xiàn)在出現(xiàn)了很多蘋果采摘裝置，如有研究人員利用高級元件和復(fù)雜算法，如識別定位、激光識別識別等來實(shí)現(xiàn)蘋果的當(dāng)采摘，但是這種方法不僅復(fù)雜，而且效率低，需要較高的成本投入；此外，還有搖晃法，這種方法可以應(yīng)用于大規(guī)模的蘋果采摘，但是有明顯的缺點(diǎn)，即對果然造成傷害，影響過時(shí)的品相。區(qū)別于上述方法，本文設(shè)計(jì)的蘋果采摘裝置具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：1.能夠?qū)崿F(xiàn)多人同時(shí)采摘，只需要通過對兩個(gè)開關(guān)控制，來對電推桿進(jìn)行控制就可以完成整個(gè)采摘過程，通過紅外傳感器+機(jī)械爪能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)采摘，這不僅有效的提高了采摘的效率，也降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。2.攝像頭傳輸影像到顯示屏，有效解決工人長時(shí)間仰頭采摘的問題。3.在裝置的地步設(shè)置有一個(gè)簡單的蘋果分揀裝置，可以實(shí)現(xiàn)蘋果的預(yù)分揀，這樣看可以提高分揀工作的效率，實(shí)現(xiàn)采摘和分揀的一體化。結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步會推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展，在人們不斷鉆研探索下，未來人工采摘的方式最終會被機(jī)械化采摘所取代。當(dāng)前，人們在蘋果的采摘裝置設(shè)計(jì)方面還存在一定的不足，這影響了蘋果的采摘效率，因此還需要繼續(xù)努力鉆研，對蘋果采摘裝置進(jìn)行改進(jìn)，完善其功能，從而設(shè)計(jì)出功能更加完善，成本更低的蘋果采摘裝置。參考文獻(xiàn)余靖華.一種蘋果采摘裝置設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2020.吳連申，劉友輝，顧鵬，etal.新型扭轉(zhuǎn)式蘋果輔助采摘裝置設(shè)計(jì)[J].中