周 敏，馬成林，尤博徐，褚 楚，袁丁鈴，鄭子霖

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

藍(lán)莓作為人類五大健康食品之一，被譽(yù)為“黃金漿果”。野生藍(lán)莓由于富含花青素、蛋白質(zhì)、維生素A等成分，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，備受人們青睞。目前，我國(guó)眾多野生藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)種植基地?fù)碛旋嫶蟮囊吧{(lán)莓儲(chǔ)存數(shù)量，野生藍(lán)莓生產(chǎn)全部采用人工采摘的方式，而野生藍(lán)莓果實(shí)小、比較分散、成熟期短等特點(diǎn)導(dǎo)致人工采摘野生藍(lán)莓勞動(dòng)強(qiáng)度大、消耗時(shí)間長(zhǎng)、采摘效率低、損果率高[1]，使得野生藍(lán)莓的生產(chǎn)成本大大提高。野生藍(lán)莓采摘是藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸，野生藍(lán)莓采摘從人工方式向機(jī)械方式轉(zhuǎn)變已經(jīng)勢(shì)在必行，因此機(jī)械化采摘技術(shù)是現(xiàn)階段藍(lán)莓生產(chǎn)的研究重點(diǎn)。

目前，藍(lán)莓采摘機(jī)器人正在快速發(fā)展，采摘機(jī)械以振動(dòng)式采摘為主，按照行走方式可分為牽引式和自走式[1]，但由于采摘環(huán)境及采摘目標(biāo)的復(fù)雜性，市場(chǎng)上仍然沒(méi)有出現(xiàn)商品化的采摘機(jī)械人[2]?，F(xiàn)有的藍(lán)莓采摘機(jī)器人往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型較大，多適用于平原地區(qū)的人工種植藍(lán)莓，而對(duì)于山林中的野生藍(lán)莓來(lái)說(shuō)，一方面它們大多生長(zhǎng)在叢山密林之中，山路崎嶇，不方便大型采摘機(jī)械的搬運(yùn)；另一方面，野生藍(lán)莓的生長(zhǎng)規(guī)模通常不大，其分布較為分散，這些生長(zhǎng)特點(diǎn)不利于采摘機(jī)器人的有效作業(yè)。現(xiàn)有的藍(lán)莓采摘機(jī)功能往往較為局限，很難解決藍(lán)莓采摘過(guò)程中采摘效率低、采摘質(zhì)量差、難以分離枝葉、無(wú)法及時(shí)包裝、無(wú)法合理存儲(chǔ)導(dǎo)致的藍(lán)莓質(zhì)量急速下降等問(wèn)題。

本文根據(jù)矮叢野生藍(lán)莓的生長(zhǎng)特點(diǎn)，針對(duì)藍(lán)莓采摘機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型龐大、功能單一以及成本較高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)，以實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓的高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)。

2 野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)整體設(shè)計(jì)方案

2.1 整體設(shè)計(jì)思路

在小規(guī)模采摘野生藍(lán)莓的過(guò)程中，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓的采摘、分選、包裝、存儲(chǔ)作業(yè)一體化，解決野生藍(lán)莓采摘過(guò)程中采摘效率低、采摘質(zhì)量差、難以分離枝葉、無(wú)法及時(shí)包裝、無(wú)法合理存儲(chǔ)導(dǎo)致的藍(lán)莓質(zhì)量急速下降等問(wèn)題，在提高作業(yè)效率的同時(shí)保證采摘藍(lán)莓的質(zhì)量和完整性。該野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)作業(yè)過(guò)程分為四個(gè)環(huán)節(jié)，其具體作業(yè)原理如下：

采摘過(guò)程：提供一種旋轉(zhuǎn)刀片，將藍(lán)莓果實(shí)與枝杈進(jìn)行完全分離，在采摘過(guò)程中旋轉(zhuǎn)刀片與枝杈緊密貼合，從而保證藍(lán)莓采摘的高質(zhì)量、高效性以及藍(lán)莓果實(shí)的完整性。被刀片切下的藍(lán)莓果實(shí)落入設(shè)備中的分離板上以待進(jìn)行下一步操作。

分選過(guò)程：此過(guò)程包括兩大分選作業(yè)，一是枝葉與藍(lán)莓的分離；二是大小藍(lán)莓的分選。

包裝過(guò)程：采摘分選包裝設(shè)備的底部是可拆卸的，其內(nèi)部的底面上安置有一個(gè)重力傳感器，將藍(lán)莓包裝盒放到重力傳感器的正上方，在大小藍(lán)莓分選過(guò)程中不斷有藍(lán)莓落入包裝盒中，當(dāng)包裝盒中的藍(lán)莓達(dá)到一定重量時(shí)，重力傳感器發(fā)出警報(bào)，此時(shí)，停止采摘，將裝滿藍(lán)莓的包裝盒取出，并換上新的包裝盒。

存儲(chǔ)過(guò)程：為保證野生藍(lán)莓的質(zhì)量和新鮮程度，利用恒溫箱進(jìn)行存儲(chǔ)，由于進(jìn)山采摘交通不便，攜帶恒溫箱成為極大的問(wèn)題，對(duì)普通恒溫箱進(jìn)行改裝，在恒溫箱上設(shè)置雙肩背帶，以保證其攜帶方便。

將以上四大作業(yè)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)整理、綜合設(shè)計(jì)，從而形成野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)基礎(chǔ)模型。

2.2 虛擬樣機(jī)模型

野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)包括采摘分選包裝設(shè)備和恒溫箱兩大部分，如圖1所示。采摘過(guò)程由采摘分選包裝設(shè)備完成，并在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓的分選和包裝作業(yè)，存儲(chǔ)環(huán)節(jié)則由恒溫箱完成。非正常工作過(guò)程，采摘分選包裝設(shè)備存儲(chǔ)于恒溫箱的指定位置中，以實(shí)現(xiàn)方便攜帶與野生藍(lán)莓生產(chǎn)一體化。

圖1 野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)

2.2.1 采摘分選包裝設(shè)備。采摘分選包裝設(shè)備由容器桶、雙層篩板、上部支架、電力系統(tǒng)、控制開(kāi)關(guān)、采摘刀具、刀片、可伸縮刀桿、USB小風(fēng)扇、半圓盛接板、分離板、恒溫箱、重力傳感器等結(jié)構(gòu)組成,如圖2所示。其主要功能是實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓的采摘、分選、包裝作業(yè)一體化，提高作業(yè)效率的同時(shí)保證藍(lán)莓果實(shí)的質(zhì)量和完整性。

圖2 采摘分選包裝設(shè)備

采摘系統(tǒng)是由電力系統(tǒng)、采摘刀具、半圓承接板、分離板、可伸縮刀桿等組成。電力系統(tǒng)為采摘系統(tǒng)提供動(dòng)力，使得采摘刀具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的采摘。在對(duì)藍(lán)莓果實(shí)進(jìn)行采摘的過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)控制開(kāi)關(guān)改變輸出電流大小，進(jìn)而改變旋轉(zhuǎn)刀具的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)采摘力的改變，完成對(duì)不同成熟度果實(shí)的采摘工作。采摘刀具通過(guò)可伸縮刀桿改變其伸出長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置野生藍(lán)莓的采摘。半圓承接板和分離板在一定程度上對(duì)落入設(shè)備中的野生藍(lán)莓起到緩沖作用，防止對(duì)藍(lán)莓果實(shí)造成傷害。

分選系統(tǒng)是整個(gè)野生藍(lán)莓采摘過(guò)程中最重要的一部分，該過(guò)程用于實(shí)現(xiàn)兩大分選作業(yè)，一是枝葉與藍(lán)莓果實(shí)的分離作業(yè)，二是大小藍(lán)莓的分選作業(yè)。枝葉與野生藍(lán)莓的分離作業(yè)是利用設(shè)在承接板旁邊的USB小風(fēng)扇完成的：采摘過(guò)程中會(huì)有少量的枝葉被旋轉(zhuǎn)刀片切下，隨著藍(lán)莓果實(shí)一起落入采摘分選包裝設(shè)備中，USB小風(fēng)扇與旋轉(zhuǎn)刀片同時(shí)工作，并在采摘過(guò)程中保持持續(xù)適宜的風(fēng)力，利用風(fēng)力將分離板上的枝葉與野生藍(lán)莓分離，并使枝葉從采摘分選包裝設(shè)備中離開(kāi)，從而完成分離作業(yè)。大小藍(lán)莓的分選作業(yè)是利用拱形雙層伸縮篩板完成的：篩板是由兩層帶有密集孔的拱形可伸縮塑料板組成，篩板上層塑料板帶有較大密集孔，下層塑料板帶有較小的密集孔，兩層塑料板的孔位置相同且密切貼合。當(dāng)野生藍(lán)莓落到篩板上時(shí)，體積較小的藍(lán)莓落入包裝盒內(nèi)，大藍(lán)莓則留在篩板上；當(dāng)包裝盒內(nèi)小藍(lán)莓裝滿時(shí)指示燈亮起，換上新包裝盒的同時(shí)下層篩板收縮，大藍(lán)莓落入新包裝盒內(nèi)，以此實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓的大小分選。而篩板的拱形結(jié)構(gòu)是為了在藍(lán)莓落入篩板的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)短暫流動(dòng)過(guò)程，避免分選過(guò)程造成的藍(lán)莓堆積，保證大小藍(lán)莓分選的準(zhǔn)確性。分選系統(tǒng)利用這兩個(gè)功能保證野生藍(lán)莓的純凈度，為下一步的包裝工作做好準(zhǔn)備。

包裝系統(tǒng)主要由重力傳感器和流動(dòng)包裝盒組成，當(dāng)落入包裝盒中的野生藍(lán)莓達(dá)到設(shè)定數(shù)量時(shí)，重力傳感器發(fā)出警報(bào)，此時(shí)將藍(lán)莓的包裝盒取出，并換上新的包裝盒即可。解決了人工分選中存在的工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、生產(chǎn)成本高、錯(cuò)誤率高、時(shí)效性等問(wèn)題。

2.2.2 恒溫箱。根據(jù)野生藍(lán)莓生長(zhǎng)環(huán)境特點(diǎn)，為了保證采摘包裝后的野生藍(lán)莓在短途運(yùn)輸中不發(fā)生損壞，同時(shí)也便于整套野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)的攜帶，采用一個(gè)背包式的恒溫箱對(duì)包裝完成的藍(lán)莓和采摘分選包裝設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)。恒溫箱由帶有空隙通風(fēng)的藍(lán)莓存儲(chǔ)格、藍(lán)莓采摘器存放處、存放冰袋降溫處、保溫錫紙（位于恒溫箱內(nèi)部的部分）、風(fēng)扇、雙肩背帶等組成，如圖3所示。其主要材質(zhì)為編織布鋁膜、EPE珍珠棉、防雨篷布、尼龍織帶、五金配件等。保溫箱最外層為防水篷布，中間為約12cm的珍珠棉保溫層，最內(nèi)層為鎖溫鋁箔，二者結(jié)合使用能起到極好的保溫效果。采用尼龍織帶作為背帶，結(jié)實(shí)耐用，便于整體器具的攜帶。開(kāi)蓋處采用磁鐵吸附設(shè)計(jì)，輕松開(kāi)蓋，節(jié)省時(shí)間。鎖扣處使用不銹鋼螺母彈簧扣，適合室外、潮濕等環(huán)境，防銹防腐。精選優(yōu)質(zhì)ABS三通，加粗支架，承載能力強(qiáng)。

在使用過(guò)程中，可通過(guò)開(kāi)關(guān)控制底部的小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，為整個(gè)恒溫箱提供恒定持續(xù)的風(fēng)力，藍(lán)莓存儲(chǔ)格上存放有冰袋，通過(guò)風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)使得整個(gè)恒溫箱處于低溫狀態(tài)，而恒溫箱外部的保溫材料可使其內(nèi)部的溫度處于恒定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)野生藍(lán)莓的保鮮作用。

圖3 恒溫箱整體圖

2.3 整體尺寸設(shè)計(jì)

結(jié)合矮叢藍(lán)莓的生長(zhǎng)狀況、生長(zhǎng)環(huán)境、種植標(biāo)準(zhǔn)以及其余各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)的恒溫箱外形尺寸為0.35m×0.44m×0.6m，恒溫箱中小風(fēng)扇的直徑為0.3m，采摘分選包裝設(shè)備高度為0.25m，可伸縮雙層篩板直徑為0.18m，容器桶直徑為0.2m。

2.4 整體效果

野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：將野生藍(lán)莓的采摘、分選、包裝、存儲(chǔ)進(jìn)行同步作業(yè)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓生產(chǎn)過(guò)程一體化，避免進(jìn)行重復(fù)作業(yè)，提高了野生藍(lán)莓的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量；高效的分選、包裝以及存儲(chǔ)過(guò)程保證了野生藍(lán)莓的新鮮程度，增大了藍(lán)莓鮮果的保質(zhì)期；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體型較小，便于攜帶，適用于野生藍(lán)莓進(jìn)山采摘；成本較低，適合于野生藍(lán)莓的小規(guī)模采摘；采摘過(guò)程便利，提高采摘效率，減少藍(lán)莓破損率；瞬時(shí)包裝同等規(guī)格大小的藍(lán)莓盒子，可以將每盒藍(lán)莓的重量控制在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

3 野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 采摘部件的選擇

3.1.1 采摘力分析。采摘系統(tǒng)通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變旋轉(zhuǎn)刀具的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)采摘力的改變，從而完成對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的采摘。假設(shè)旋轉(zhuǎn)刀具對(duì)藍(lán)莓枝條上果實(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)為：

式中：

A—振動(dòng)幅值/（m）；

?—振動(dòng)頻率（rad/s）；

ψ—初始相位角/（rad）；

ξ—阻尼比。

對(duì)式（1）進(jìn)行求解二階導(dǎo)數(shù)，得：

由牛頓第二定律得到作用于藍(lán)莓果實(shí)上的最大慣性力為：

式中m0表示藍(lán)莓平均質(zhì)量（kg）。

由以上可得：

由相關(guān)資料可知野生藍(lán)莓的相關(guān)數(shù)據(jù)[3]，見(jiàn)表1。

表1 藍(lán)莓相關(guān)數(shù)據(jù)

由以上數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可得，F(xiàn)=0.8N。

3.1.2 電力系統(tǒng)的選擇。選擇滿足野生藍(lán)莓采摘機(jī)正常工作要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是確保電機(jī)性能的關(guān)鍵，同時(shí)也影響著設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。選擇過(guò)程：一是計(jì)算負(fù)載大小。根據(jù)采摘力分析采摘部件的承載大小進(jìn)行計(jì)算；二是確定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。步距角：分析采摘部件的采摘精度；靜轉(zhuǎn)矩：據(jù)采摘力分析采摘部件的振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率。三是確定負(fù)載所需的尺寸、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等。四是計(jì)算電機(jī)傳動(dòng)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量值，分析矩頻特性曲線?？紤]藍(lán)莓采摘器攜帶的便攜性和輕便性，結(jié)合電流的適合范圍，最后選擇以可充電電池為能源循環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)模式，具體過(guò)程如圖4所示。

圖4 電機(jī)選擇步驟

綜上所述，選擇的電力系統(tǒng)主要由位于上部支架內(nèi)部的導(dǎo)線、位于上部支架上部的電池盒、電池盒蓋、電池盒內(nèi)的充電電池構(gòu)成。充電電池的USB接口在上部支架電池盒附近的外側(cè)。所述的充電電池規(guī)格為3.7V可充電18650型鋰電池，容量8 800mA，長(zhǎng)67mm，半徑18mm。

3.2 風(fēng)扇的選擇

USB小風(fēng)扇用于實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓果實(shí)與枝葉的分離，電源選擇USB充電電池，清潔環(huán)保。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，決定選用3.7V可充電18650型鋰電池；為方便設(shè)備攜帶，選用材質(zhì)輕的塑料作為其制作材料。在采摘過(guò)程中會(huì)有少量的枝葉被旋轉(zhuǎn)刀片切下，隨著藍(lán)莓果實(shí)一起落入采摘機(jī)構(gòu)中，為了提高采摘準(zhǔn)確率，因此在采摘開(kāi)始時(shí)，要按動(dòng)風(fēng)扇開(kāi)關(guān)按鈕，使風(fēng)扇開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并保持持續(xù)適宜的風(fēng)力，利用風(fēng)力將采摘機(jī)中的枝葉與野生藍(lán)莓分離。

風(fēng)扇的性能指標(biāo)主要包括風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速。通過(guò)計(jì)算野生藍(lán)莓與枝葉的平均質(zhì)量，根據(jù)力學(xué)原理，只要風(fēng)力介于枝葉的重力與野生藍(lán)莓的重力之間，即可達(dá)到我們的預(yù)想。

根據(jù)風(fēng)能公式：

式中：ρ—空氣密度

由于在0°及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣密度為1.293，一顆野生藍(lán)莓的質(zhì)量近似于0.000 1kg。計(jì)算出所需風(fēng)扇的風(fēng)速為4.26。

3.3 篩板的選擇

篩板是用于分選大小藍(lán)莓的重要組成部分，其質(zhì)量和參數(shù)的好壞將直接影響到設(shè)備的分選效率以及分選能力，從而對(duì)整個(gè)設(shè)備的工作效率產(chǎn)生一定影響。篩板的主要參數(shù)包括篩板材料與篩孔結(jié)構(gòu)。篩板截面圖如圖5所示。

圖5 篩板截面圖

篩板制作材料的選擇：由于本設(shè)備用于小規(guī)模野生藍(lán)莓的采摘，體積較小，為方便其使用操作，選擇輕質(zhì)材料作為制作材料。篩板上的藍(lán)莓是從一定高度上掉落下來(lái)，因此篩板的制作材料需要具備一定的強(qiáng)度和硬度，以抵抗藍(lán)莓掉落對(duì)篩板帶來(lái)的沖擊。本設(shè)備在采摘過(guò)程中需要電力系統(tǒng)為其提供動(dòng)力，為保證野生藍(lán)莓不受電力系統(tǒng)的破壞和影響，它所接觸到的結(jié)構(gòu)必須是絕緣體，因此篩板的制作材料必須具有良好的絕緣性能。由于篩板與野生藍(lán)莓密切接觸，故而必須保證篩板的制作材料無(wú)毒無(wú)味，以防止其在使用過(guò)程中對(duì)藍(lán)莓質(zhì)量造成影響。為降低設(shè)備制作成本，并滿足以上基本要求，我們選擇聚丙烯作為其制作材料。

篩板的工作原理：篩板是由兩層帶有密集孔的可伸縮塑料板組成，將雙層篩板安裝成25°傾斜狀態(tài)，使落入容器桶的藍(lán)莓產(chǎn)生滾動(dòng)，從而避免藍(lán)莓的堆積，極大程度上保證了藍(lán)莓的完整性。篩板上層塑料板帶有較大密集孔，下層塑料板帶有較小的密集孔，兩層塑料板的孔位置相同且密切貼合。當(dāng)野生藍(lán)莓果實(shí)落到分離板上時(shí)，較小的野生藍(lán)莓通過(guò)分離板上的小孔落到下層的包裝盒中，而較大的藍(lán)莓果實(shí)則留在上層篩板上；當(dāng)小藍(lán)莓全部落入包裝盒中后，按動(dòng)塑料板伸縮按鈕，使第二層塑料板收縮，此時(shí)第一層塑料板上的藍(lán)莓通過(guò)大孔落入包裝盒，以此實(shí)現(xiàn)野生藍(lán)莓大小的分類。

篩孔的選擇：據(jù)資料顯示，野生藍(lán)莓果實(shí)呈現(xiàn)球形或長(zhǎng)圓形,直徑在1～1.4cm之間，由此，我們將上層篩板孔的大小設(shè)置為1.5cm，保證所有的野生藍(lán)莓都可以順利通過(guò)篩板，下層篩板孔的大小設(shè)置為1.3cm，保證大小藍(lán)莓的合理分選。

篩孔的合理分布：為保證分選過(guò)程順利進(jìn)行，提高分選效率，盡量使篩孔均勻密集地分布在篩板上，并且使得上下兩層篩孔的分布位置密切貼合。為保證分選時(shí)不造成藍(lán)莓堆積，故而在安裝時(shí)將分選板設(shè)計(jì)成人字型傾斜模型，從而保證藍(lán)莓的適當(dāng)滾動(dòng)，更好的完成分選過(guò)程。經(jīng)計(jì)算表明，傾斜角度為20°時(shí)分選呈現(xiàn)最佳效果。

篩板的開(kāi)孔率：篩板的開(kāi)孔率也是很重要的因素，開(kāi)孔率越大，篩分能力越強(qiáng)，分選效率越高。而開(kāi)孔率過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致篩板強(qiáng)度降低，不利于其抵擋野生藍(lán)莓掉落對(duì)其帶來(lái)的沖擊。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)可得，當(dāng)開(kāi)孔率為52.3%時(shí)，整體達(dá)到最優(yōu)的效果。

3.4 重力傳感器的選擇

3.4.1 重力傳感器原理設(shè)計(jì)。在野生藍(lán)莓的采摘過(guò)程中，隨著藍(lán)莓果實(shí)逐漸落入包裝盒內(nèi)，其重量便通過(guò)容器桶底部傳遞到重力傳感器上，重力傳感器由此產(chǎn)生力—電效應(yīng)，將野生藍(lán)莓果實(shí)的重量轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的成一定函數(shù)比例的電信號(hào)。該電信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大，經(jīng)濾波后再由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處理器的CPU處理，CPU通過(guò)不斷掃描各個(gè)功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)各個(gè)功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷、計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果送入內(nèi)存儲(chǔ)器中并與其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)二者相等時(shí)，由CPU控制相應(yīng)的警報(bào)器發(fā)出信號(hào)，從而達(dá)到分選包裝的目的。根據(jù)以上功能，可得系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架如圖6所示。

圖6 框架結(jié)構(gòu)圖

3.4.2 重力傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)。重力傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，從重力傳感器的量程、精度以及環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行選擇：

一是量程的選擇。由于該重力傳感器在使用過(guò)程中不存在較大的沖擊力，故根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，使重力傳感器工作在其30%-70%范圍內(nèi)即可。

二是精度的選擇。首先要使精確度略大于理論計(jì)算值；其次，重力傳感器的輸出信號(hào)要約等于設(shè)定值，即：

三是環(huán)境適應(yīng)性。由于設(shè)備使用時(shí)正值夏季，濕熱程度較大，而濕熱對(duì)傳感器造成影響較大，故應(yīng)選擇適當(dāng)密閉性形式的傳感器。其位置如圖7所示。

圖7 重力傳感器局部圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的野生藍(lán)莓生產(chǎn)物流一體機(jī)集采摘、分選、包裝、儲(chǔ)存等功能為一體，解決了小規(guī)模野生藍(lán)莓采摘過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，避免進(jìn)行重復(fù)作業(yè)，提高了野生藍(lán)莓的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。并通過(guò)對(duì)該設(shè)備重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，使其工作效率達(dá)到最高狀態(tài)。