張宇鵬 吳超杰 吳宇航 趙甫 張政虎

[摘 要]教育部就“十二五”期間實(shí)施“本科教學(xué)工程”國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃下發(fā)通知，要求各地高校做好計(jì)劃實(shí)施工作。我校的方案從總體上，增加了學(xué)生社團(tuán)對(duì)創(chuàng)業(yè)的影響、科學(xué)商店對(duì)創(chuàng)業(yè)的影響，按照《教育部關(guān)于啟動(dòng)“本科教學(xué)工程”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的通知》要求通過實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要、適應(yīng)各行各業(yè)發(fā)展需要的高素質(zhì)復(fù)合型創(chuàng)新人才。本文以“水果采摘”為研究項(xiàng)目主題，通過對(duì)其不斷的探索和研究，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]安全;半自動(dòng)化;高效;方便

[中圖分類號(hào)]S225 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 水果采摘現(xiàn)存的問題

1.1 水果采摘的實(shí)際問題

在許多地區(qū)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足的問題十分突出，于是手工采摘就會(huì)變得十分困難。

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，存在許多小農(nóng)經(jīng)濟(jì)，他們一般種植幾畝或者幾十畝的果園，于是就處在人工采摘的低效性和水果機(jī)器人采摘的低經(jīng)濟(jì)效益性的進(jìn)退兩難的處境中。

在旅游業(yè)發(fā)展日新月異的情況下，農(nóng)家樂的開發(fā)是許多地方政府扶貧的重點(diǎn)項(xiàng)目，人工或大型水果機(jī)器人采摘又會(huì)對(duì)果樹造成一定的損害，使其失去觀賞性。

1.2 水果采摘的效率問題

目前，果農(nóng)從果樹上采摘成熟的水果時(shí)，一般是雇用人工手工采摘水果。由于果樹較高，均普遍采取架梯從樹上用手把成熟的水果采摘下來(lái)，人在架梯上采摘水果既不安全，又費(fèi)工費(fèi)時(shí)，采果的工作效率也較低。

2 水果采摘器應(yīng)該具有的特性

為了解決上述問題，我們所設(shè)計(jì)的水果采摘器應(yīng)當(dāng)具備這三個(gè)特性

2.1 安全性

目前，果農(nóng)從果樹上采摘成熟的水果時(shí)，一般是雇傭人工手工采摘水果。由于果樹較高，均普遍采取架梯從樹上用手把成熟的水果采摘下來(lái)，人在架梯上采摘水果既不安全。而我們?cè)O(shè)計(jì)的水果采摘器其中的一個(gè)目的就是避免人們?cè)偈褂锰葑拥裙ぞ吲赖綐渖希芍苯诱驹诘孛嫔喜烧?/p>

2.2 時(shí)效性

時(shí)效性是我們?cè)O(shè)計(jì)的采摘期必須要解決的一個(gè)問題，很多水果成熟期短，保質(zhì)期短，必須盡快地將果實(shí)全部采摘下來(lái)才能保證果農(nóng)的最大收益，而以前采用的人工采摘方式效率過慢。我們所設(shè)計(jì)的水果采摘其必須要解決時(shí)效性這方面的問題，此事為重中之重。

2.3 低成本

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，存在許多小農(nóng)經(jīng)濟(jì)，他們一般種植幾畝或者幾十畝的果園，于是就處在人工采摘的低效性和水果機(jī)器人采摘的低經(jīng)濟(jì)效益性的進(jìn)退兩難的處境中。而大型水果采摘器成本很高，不是小型果園所能承受，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的水果采摘器的制作成本不能過高。

3 水果采摘器可采摘的水果

3.1 蘋果

蘋果是薔薇科蘋果亞科蘋果屬植物，其樹為落葉喬木。蘋果的果實(shí)富含礦物質(zhì)和維生素，是人們經(jīng)常食用的水果之一。一般在9-10月份成熟。蘋果中營(yíng)養(yǎng)成分可溶性大，易被人體吸收，故有“活水”之稱。其有利于溶解硫元素，使皮膚潤(rùn)滑柔嫩。據(jù)說(shuō)“每天一蘋果，醫(yī)生遠(yuǎn)離我”。蘋果是世界四大水果之一，也是我國(guó)北方栽培面積最大、產(chǎn)量最高的水果。

3.2 梨子

梨，通常品種是一種落葉喬木或灌木，極少數(shù)品種為常綠，屬于被子植物門雙子葉植物綱薔薇科蘋果亞科，一般7-8月份成熟。中國(guó)梨栽培面積和產(chǎn)量?jī)H次于蘋果。安徽、河北、山東、遼寧四省是中國(guó)梨的集中產(chǎn)區(qū)，栽培面積約占一半左右，產(chǎn)量超過60%。主治熱嗽，止咳。治咳熱，中風(fēng)不語(yǔ)，傷寒發(fā)熱，解丹石熱氣，驚邪。利大小便，除賊風(fēng)，止心煩氣喘熱狂。潤(rùn)肺涼心，消痰降炎，解 瘡毒、酒毒。具有下火，治便秘功效。

河北、山東、遼寧三省是中國(guó)梨的集中產(chǎn)區(qū)，栽培面積約占一半左右，產(chǎn)量占60%，其中河北省年產(chǎn)量約占全國(guó)的1/3，2017總產(chǎn)量達(dá)到了1198.6萬(wàn)噸，梨產(chǎn)量最多的省是安徽、河北、山東、遼寧、江蘇、四川、陜西等。主要梨產(chǎn)區(qū)有山東煙臺(tái)，栽培品種有黃縣長(zhǎng)把梨、棲霞大香水梨、萊陽(yáng)茌梨（慈梨）、萊西水晶梨和香水梨。

3.3 櫻桃

櫻桃是某些李屬類植物的統(tǒng)稱，包括櫻桃亞屬、酸櫻桃亞屬、桂櫻亞屬等，喬木，高2-6米，樹皮灰白色。一般成熟于5-6月份。歐洲甜櫻桃原產(chǎn)亞洲西部和歐洲東南部，目前我國(guó)甜櫻桃分布主要集中在渤海灣沿岸，以煙臺(tái)市和大連市郊區(qū)為最多。山東省是我國(guó)甜櫻桃栽培面積最大、產(chǎn)量最多的一個(gè)省，除煙臺(tái)市各區(qū)縣外，青島、威海、濟(jì)南、日照、淄博、濰坊、棗莊、泰安、臨沂等地也有分布。遼寧省集中分布在大連市的金州區(qū)和甘井子區(qū)。河北省主要分布在秦皇島市山海關(guān)區(qū)、北戴河區(qū)及昌黎縣。此外，北京、河南、山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、湖北、江西、四川等十幾個(gè)省、自治區(qū)、直轄市也都有引種和栽培。

3.4 李子

李子是薔薇科李屬植物，別名嘉慶子、布霖、李子、玉皇李、山李子。其果實(shí)7～8月間成熟，飽滿圓潤(rùn)，玲瓏剔透，形態(tài)美艷，口味甘甜，是人們最喜歡的水果之一。一般成熟于7-8月份。李子味酸，能促進(jìn)胃酸和胃消化酶的分泌，并能促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)，因而有改善食欲，促進(jìn)消化的作用，有利尿消腫的作用，對(duì)肝硬化有輔助治療效果。李子中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分，有養(yǎng)顏美容、潤(rùn)滑肌膚的作用，李子中抗氧化劑含量高得驚人，堪稱是抗衰老、防疾病的“超級(jí)水果”。

4 半自動(dòng)水果采摘器

4.1 產(chǎn)品介紹

我們所設(shè)計(jì)的水果采摘器所使用的原理是：我們所采用的控制方式類似于自行車的剎車系統(tǒng)，最下面的把手相當(dāng)于自行車的剎車把，我們所選用的控制線就是自行車的剎車線，線管包裹著剎車線，可沿剎車線自由滑動(dòng)。線管有兩層，里層為鋼制，外層是橡膠。剎車線與線管均可有限度地彎曲（不能像毛線那樣任意彎），但長(zhǎng)度固定（忽略微小的改變量），既不能被拉長(zhǎng)也不能被壓短。線管的下端連接著一個(gè)鋼制的L型管，這個(gè)管是不可以彎曲的。

當(dāng)握下端把手時(shí)，剎車線往把手把方向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)帶動(dòng)最上面的頭子往下，而頭子往下就會(huì)拉動(dòng)剪刀頭，使之閉合，達(dá)到一個(gè)剪斷效果。

4.2 特色介紹

這是我們所設(shè)計(jì)的一個(gè)螺旋狀網(wǎng)兜，不同于往常所見到的直筒型網(wǎng)兜，這種螺旋狀網(wǎng)兜會(huì)在水果掉落到網(wǎng)兜后讓水果做一個(gè)減速滾動(dòng)，滾到最后速度幾乎為0，起到一個(gè)很好的緩沖作用。這樣就可以連續(xù)采摘水果，有效防止水果之間相互碰撞而損壞。

這次為了符合實(shí)際應(yīng)用，我們準(zhǔn)備了不同的方案。剪刀不止僅限于傳統(tǒng)的半月型剪刀，刀頭可以換成圓形剪刀，細(xì)長(zhǎng)型剪刀頭等，我們?cè)O(shè)計(jì)的采摘期是可以根據(jù)不同果樹不同的果實(shí)來(lái)更換不同的剪刀頭。

5 方案改進(jìn)

5.1 材料問題

由于蘋果樹較高，人們使用蘋果采摘器需要長(zhǎng)時(shí)間地舉起手臂。如果材料使用目前最便宜的不銹鋼鋼管材料，采摘器擁有很重的重量，這樣就加大了使用者的手臂負(fù)擔(dān)。

解決方案：經(jīng)過查閱資料，鋁合金具有很輕的質(zhì)量以及較高的強(qiáng)度。很符合作為采摘器的原材料。因此我們打算使用鋁合金作為采摘器的主要材料。但是這樣也加大了項(xiàng)目的開銷。

5.2 采摘頭更換

長(zhǎng)時(shí)間地使用采摘器，難免會(huì)遇到剪刀的破損崩壞等一系列問題。為了不影響繼續(xù)使用，我們采用下列方案來(lái)快速更換剪刀。

解決方案：將剪刀做成可更換型的刀頭并在采摘器上備用一把更換剪刀的刀頭。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉洪.機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化在現(xiàn)代企業(yè)中的發(fā)展[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（05）.

[2] 葉紅.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的發(fā)展方向[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（05）.

[3] 陳廣奪.現(xiàn)代機(jī)械制造工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（08）