便携式水果采摘器的设计研究
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【摘 要】本项目以带柄类水果采摘为研究对象，在对目前类似机器的调查研究中，大多数都存在体型大、结构复杂、不方便携带、造价昂贵、成本高等问题。针对这些问题，我们设计研究出了一款便携的、采摘灵活的水果采摘机。此机器主要由采摘工作部分、控制部分以及其他结构部件组成。当电机工作起来时便会带动可移动拖碗，让拖碗合拢，让刀片对果柄进行切割，最终完成采摘。此机器不仅工作效率高，且成本低、实用，并且也可用于其它果品的采摘。
【关键词】水果采摘;便携;灵活高效
中图分类号： S225 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0030-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.013
【Abstract】This project takes fruit picking with handle as the research object. In the investigation and research of similar machines， most of them have the problems of large size， complex structure， inconvenience to carry， high cost and so on. To solve these problems， we designed and developed a portable and flexible fruit harvester. The machine is mainly composed of picking working part， control part and other structural parts. When the motor works， it will drive the movable bowl， let the bowl close， let the blade cut the fruit handle， and finally complete the picking. This machine not only has high efficiency， low cost and practicality， but also can be used for picking other fruits.
【Key words】Fruit picking; Portable; Flexible and efficient
0 引言
水果采摘器的研究始于上世纪70年代末，国内外专家通过近三十年的研究发表了大量的研究论文和报告，同时也相应的开发了各种原型机。由于国内机械化采收存在着效率不高、容易损伤果实及产量损失大等问题。并且在水果产业中，并没有针对水果采摘的机器出现，因此有必要研究一款专用于水果的采摘机。
采摘作业质量直接影响水果的储存、加工和销售，从而最终影响到水果的存储、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。但由于国内水果的采摘作业环境和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度依然很低，目前国内的水果采摘作业基本上还是手工完成，并且高枝水果的采摘还带有一定的危险性，因此机械正在逐渐代替人们原始的劳动工具和原始的劳动方法，而且现代农业正呈现着前所未有的发展潜力，因此应应用所学的知识去分析、解决该类问题。
1 整机结构与工作原理
1.1 整机结构
该便携式水果采摘器主要由伸缩杆、步进电机、活动滑块、可移动杆、可移动拖碗、以及刀片等部件组成。在需要采摘水果时，步进电机带动丝杠使可移动杆运动，带动拖碗合拢，刀片对果柄进行切割。
1.2 工作原理
水果如何夹持是一个很重要的问题，如果夹的太松，在采摘水果的时候就会不顺利;如果夹的太紧就会使果肉损伤。我们用两个托碗来夹持固定水果以便于采摘。同时我们在托碗中放置了柔性海绵，不仅可以避免碰伤水果，同时也可以增大摩擦力使水果被夹持得更稳。
1.固定拖碗 2.固定杆 3.导轨 4.步进电机 5.伸缩杆 6.电源及电路盒 7.活动滑块 8.丝杠 9.可移动杆 10.可移动拖碗
1.可移动拖碗 2.柔性海绵 3.固定拖碗
2 关键部件的设计
2.1 采摘（断柄）装置的设计
安装在可移动托碗顶部的刀刃和刀槽在步进电机动力的带动下进行合拢将果柄切断，水果的果柄被切断后，水果就留在拖碗中。托碗横向移动的速度在0.03m/s左右，这样在采摘水果的过程中可以对要切割的果柄位置进行小范围调整。
1.刀刃 2.刀槽
2.2 传动装置的设计
整个装置当需要采摘水果时，由步进电机提供动力。步进电机带动丝杠进行旋转，从而使得可移动杆在导轨上左右移动。来拖动拖碗的开合，对果柄进行切割。
3 采摘力的确定
假设水果的直径为φ，夹紧块的反作用力为f2，摩擦力为f，摩擦因数为μ，水果重力为G。
由平衡条件得
式中f2——果实对夹持块的反作用力。
夹紧机构与水果相接触的那一侧可以贴上一层海绵，海绵与水果的摩擦因数μ取0.5，
取G=1.47N，则F2=0.8N，即F2≥0.8N当则能保证水果不会掉下。实验表明对水果直径方向压缩2 mm所需的力大于0.8 N，因此水果直径方向变化2 mm而不会损伤其果肉，则可以采用限定这个压缩量用于采摘。
4 总结
水果是我们健康的保护伞，我们在挑选水果时一定会挑选不磕不碰的新鲜水果，该水果采摘机正是契合了这两点，既能保护果子在采摘时不受磕碰，又能不损伤果树。
此机器不仅仅可以用于香梨、苹果的采摘，还可应用于其他与水果同体积外形的水果，使用范围还是比较广的，因此市场前景较为可观。
【参考文献】
[1]便携电动式水果采摘机设计[N].中国农机化学报，2015-1.
[2]便携电动式水果采摘机设计[J].南方农业，2017，9.
[3]农业机械化对区域农业的影响[J].贵州农业科学，2012，4.
[4]水果采收机械的现状与发展[J].广东农业科学，2012，3.
[5]小型可升降苹果采摘机的设计[J].农机化研究，2013，3.
[6]果蔬采摘机器人研究进展与展望[N].农业机械学报，2006.
※基金项目：大學生创新、创业训练计划项目（201810757008）。
作者简介：
管红光（1990—），本科生，新疆轮台县人。
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