李 雷，王思佳，唐義超

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

當(dāng)前國內(nèi)草莓種植方式主要為壟作栽培，該方式限制了自動化收獲的發(fā)展，采摘收集仍以人工作業(yè)為主，需長期蹲下或彎腰，勞動強度高、健康損害大。針對上述問題，文章利用慧魚模型設(shè)計了一種草莓采集手推車，用以輔助人工進行采摘收集。慧魚模型是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，具有簡易性、靈活性、牢固性等特點，能很好驗證設(shè)計的可行性。

1 整體設(shè)計

本草莓采集手推車用以輔助現(xiàn)有人工進行草莓采摘收集，由單人推動手推車在草莓種植地壟間行進作業(yè)。其把手處為控制面板（多個慧魚輸入開關(guān)），車身底部安裝有萬向輪，車身一側(cè)為采摘裝置，另一側(cè)為傳送裝置，傳送裝置頂部為收集裝置。圖1為利用慧魚模型搭建的草莓采集手推車實物圖。

圖1 草莓采集手推車慧魚模型實物圖

工作時，人工識別草莓分布位置與成熟情況，操控控制面板，將采摘執(zhí)行器移動至草莓處，吸附器吸住草莓；吸住草莓后，切割器旋轉(zhuǎn)伸出對草莓莖進行切割；摘下草莓后，傳送裝置將草莓傳送至小車頂部，收集裝置將草莓按序排列收集入收集盒中，一盒滿后從手推車上取出并換上新的空盒，由此完成輔助人工采集。

2 模塊設(shè)計

（1）采摘裝置設(shè)計。采摘裝置由移動定位裝置、采摘執(zhí)行器組成。移動定位裝置具有2個位移自由度和1個旋轉(zhuǎn)自由度，由人工操控控制面板進行控制，用以移動和定位采摘執(zhí)行器。采摘執(zhí)行器由吸附器和切割器組成。吸附器通過氣泵抽取空氣，在波紋吸盤處產(chǎn)生負壓，實現(xiàn)對草莓的吸附、運送和釋放；切割器通過氣缸活塞桿推出空心杯電機，空心杯電機帶動圓形刀片旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對草莓莖的切割。

通過車體的移動及上述3個自由度，吸附器和切割器可實現(xiàn)同步的水平移動、上升下降、伸出縮回，以及刀片和吸盤朝向的微調(diào)，從而更好適應(yīng)草莓的生長位置和姿態(tài)。

（2）傳送裝置設(shè)計。傳送裝置由傳送帶和傳送盒循環(huán)裝置組成。摘下草莓后，吸附器將草莓運放至傳送帶上，傳送帶將草莓水平運送至傳送盒中，傳送盒再將草莓豎直運送至手推車頂部，草莓到達頂部時，由凸輪間歇機構(gòu)將傳送盒里的草莓推出，傳送盒再繼續(xù)向下運動，實現(xiàn)循環(huán)工作。

傳送期間光電晶體管接收信號因草莓遮擋而發(fā)生躍變，由此實現(xiàn)草莓計數(shù)、傳送帶啟停、傳送盒啟停等功能。傳送帶和多個傳送盒配合工作，保證草莓的順利傳送。

（3）收集裝置設(shè)計。收集裝置由可旋轉(zhuǎn)三擋片和收集盒組成。草莓從傳送盒中推出后自由落入斜板上，其上的可旋轉(zhuǎn)三擋片將草莓軌跡限制在一側(cè)，草莓落入收集盒一側(cè)，當(dāng)下一個草莓落入時，推動可旋轉(zhuǎn)三擋片，草莓軌跡便被限制在另一側(cè)，從而實現(xiàn)草莓的同行分列排列；收集盒底面鋪有波浪形海綿墊，實現(xiàn)草莓的間布和保護，收集盒通過電機帶動水平移動，一行草莓滿后收集盒移動一格，實現(xiàn)分行收集草莓。一盒裝滿后提示聲響起，提醒操作人員取出并換上新的空盒，進行下一輪的工作。

3 程序設(shè)計

程序通過與慧魚模型配套的ROBO Pro軟件進行編制。本手推車是一種半自動化設(shè)備，其半自動化主要體現(xiàn)在肉眼分辨草莓、人工移動定位采摘執(zhí)行器，而草莓的傳送和收集則由程序自動控制。圖2為程序功能流程圖。

圖2 程序功能流程圖

4 結(jié)語

本草莓采集手推車的設(shè)計規(guī)避了現(xiàn)有草莓自動化收獲研究面臨的一些問題，集采摘、傳送、收集功能于一體，具有草莓損傷小、適用范圍廣、成本低、易使用等優(yōu)點，有利于促進草莓種植業(yè)快速發(fā)展，且利用慧魚模型驗證了設(shè)計的可行性，對商品化生產(chǎn)及推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻

［1］張凱良，楊麗，張鐵中.草莓收獲機器人采摘執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計與試驗［J］.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2011，42（9）：155-161.

［2］楊洪濤，張新.慧魚模型在機電類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2010，（20）：420-422.

［3］曲凌.慧魚創(chuàng)意機器人設(shè)計與實踐教程［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2010.