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        便攜式自動(dòng)果實(shí)采摘機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

        2019-04-30 11:11:14楊光齊秀彪左迎香金琦雨宋月文林明澤李士亮湯壽山
        智富時(shí)代 2019年3期
        關(guān)鍵詞:便攜機(jī)械結(jié)構(gòu)

        楊光 齊秀彪 左迎香 金琦雨 宋月文 林明澤 李士亮 湯壽山

        【摘 要】設(shè)計(jì)一種便攜式自動(dòng)果實(shí)采摘機(jī),利用機(jī)電結(jié)合的方式,集采摘、傳送、收集、運(yùn)輸于一體,具有體積小、使用方便、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn),尤其適用于暖棚等有限作業(yè)空間,大大提高了采摘效率,具有較好的應(yīng)用前景。

        【關(guān)鍵詞】采摘機(jī);便攜;機(jī)械結(jié)構(gòu);控制部分

        一、引言

        我國(guó)是世界領(lǐng)土面積第三大國(guó),廣闊的土地,鑄就了我國(guó)農(nóng)業(yè)大國(guó)的格局,農(nóng)業(yè)裝備的機(jī)械化、智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì),隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)構(gòu)已逐步進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,雖然也出現(xiàn)了一些機(jī)械化的采摘設(shè)備,但由于成本高、體積大等,在使用上具有一定的局限性。因此研制一款價(jià)格較低,操作方便,工作可靠的采摘機(jī)是十分有必要的。

        本文通過(guò)查閱相關(guān)資料,針對(duì)暖棚這樣的有限的作業(yè)空間,進(jìn)行了便攜式果實(shí)采摘機(jī)的設(shè)計(jì)和研究,并根據(jù)設(shè)計(jì)方案,制作了采摘機(jī)的結(jié)構(gòu)模型。

        二、總體方案設(shè)計(jì)

        本次采摘機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的功能為果實(shí)識(shí)別、果實(shí)采摘以及果實(shí)運(yùn)輸?shù)热糠?,設(shè)計(jì)方案的主要包括機(jī)械和控制兩大部分,整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        (一)工作原理

        本采摘機(jī)底部放置小車底盤,帶動(dòng)剪切機(jī)械手的機(jī)械臂坐落在小車底盤上,同時(shí)機(jī)械手上安裝有剪切刀片,在果實(shí)采摘時(shí),通過(guò)傳感器對(duì)果實(shí)進(jìn)行識(shí)別,確定剪切位置,從而完成果實(shí)的剪切,剪切掉的果實(shí),順著軟管下滑落入車后方的收集箱,然后返回到指定地點(diǎn),完成果實(shí)的采摘與運(yùn)輸,動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。

        (二)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分

        (1)小車底盤

        為了提高果實(shí)采摘的效率,減輕果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度,便于果實(shí)運(yùn)輸,本次設(shè)計(jì)的采摘機(jī)底部安裝小車底盤,在采摘過(guò)程中,通過(guò)控制小車的運(yùn)動(dòng),在采摘地點(diǎn)往復(fù)行走,與采摘機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)配合,完成果實(shí)的運(yùn)輸,便攜式果實(shí)采摘機(jī)的電動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)為快速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、承受過(guò)載、無(wú)調(diào)速要求。依據(jù)電動(dòng)機(jī)類型參照表,直流電動(dòng)機(jī)有著快速頻繁啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、大過(guò)載能力、順滑的速度、精切、方便使用、低價(jià)易于保養(yǎng)等特點(diǎn)。故本次采摘機(jī)模型制作首選用直流電動(dòng)機(jī)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便安裝,四個(gè)直流減速電機(jī),轉(zhuǎn)彎靈活,方向性好,且底盤容易擴(kuò)展。對(duì)于復(fù)雜的地形,為了避免車體過(guò)于振動(dòng),可以采用履帶式小車底盤。

        (2)機(jī)械手臂

        用于完成采摘?jiǎng)幼鞯臋C(jī)械手臂具有四個(gè)自由度,在顏色傳感器識(shí)別成熟果實(shí)后,觸發(fā)程序的控制下,帶動(dòng)機(jī)械手完成對(duì)在果實(shí)莖處進(jìn)行剪切,整個(gè)機(jī)械手臂的作用是帶動(dòng)剪切機(jī)械手完成果實(shí)的采摘?jiǎng)幼鳌?/p>

        (3)傳送緩沖裝置

        在機(jī)械手完成剪切動(dòng)作后,剪切掉的果實(shí)由于重力的作用會(huì)迅速下落,為了避免果實(shí)在下落的過(guò)程中受到損害,采摘機(jī)包含了傳送緩沖裝置[1],將軟管與剪切機(jī)械手相連,其長(zhǎng)度可根據(jù)機(jī)械手移動(dòng)的位置進(jìn)行調(diào)整,在果實(shí)落入收集裝置以前能夠在很大程度上減少了撞擊對(duì)水果果品產(chǎn)生的損害。

        (4)收集裝置

        為便于果實(shí)的收集,在車底盤后方安裝收集裝置,順著緩沖軌道下落的果實(shí),直接落入收集裝置中,待小車行走到指定地點(diǎn),再將果實(shí)卸下,提高了采摘的效率。

        (三)控制部分

        本次設(shè)計(jì)的控制部分主要是針對(duì)小車的行走路線、機(jī)械手的采摘?jiǎng)幼饕约岸咧g動(dòng)作的配合??刂品绞讲捎没贏rduino的顏色傳感器識(shí)別[2],控制程序流程如圖3所示:

        三、結(jié)論

        本次設(shè)計(jì)的采摘機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,操作方便等特點(diǎn),特別適用于在暖棚等有限作業(yè)空間內(nèi)工作,通過(guò)設(shè)定的采摘路線,利用機(jī)電結(jié)合的方式,降低了農(nóng)戶的勞動(dòng)強(qiáng)度,大大提高了采摘的效率。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1] 許書菡.便攜式摘果器[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,19(10):165-166.

        [2]呂小蓮.基于顏色信息的采摘西紅柿識(shí)別方法[J].計(jì)算機(jī)工程,2010,36(11):178-179,182.

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