新型水果采摘機械器人設計

張繼光 李春雪 成理鵬 沈陽工學院

1 發明原因

在實際農業生產中，采摘水果在有些情況下存在一定的障礙，由于水果所處樹枝高采摘十分困難。我國是世界第一大水果生產國，也是世界第一大水果消費國，采摘作業所用勞動力占整個生產過程所用勞動力的33%～50%；目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業比較復雜，季節性很強，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動量大，而且容易造成果實的損傷，如果人手不夠不能及時采摘還會導致經濟上的損失。使用采摘機械械裝置，不僅可以提高采摘效率，還降低了損傷率，節省了人工成本，提高了果農的經濟效益，因此提高采摘作業機械化程度有重要的意義。所以研發一臺可以協助人類采摘水果的機械裝置成為一種必然的趨勢。

2 產品設計

本文將設計一臺多重自由度的農業水果采摘機械器人，用于給采摘水果。首先，本文將設計水果采摘機械器人的底座、大臂、小臂和機械手的結構，然后選擇合適的傳動方式、驅動方式，搭建水果采摘機械器人的結構平臺；機械結構直接決定機器人運動的靈活性和控制的復雜性。

以下是對該產品的進一步描述：該水果采摘機包括機架、剪切機構、調節機構調節機構包括支撐柱、旋轉臺、雙搖桿機構、液壓桿、輪子、底盤、旋轉裝置、支撐桿、液壓缸、連桿、機械爪等組成。旋轉臺低端套在基座上，基座外固定一個舵機，舵機的輸出軸與其內的傘狀齒輪相鉸接，使得旋轉臺可以任意角度旋轉，旋轉臺的上端與支撐柱的一端相連，支撐柱面上固定有兩個正反傳動機，正反轉動機輸出軸連接搖桿機構，搖桿機構固定端中部與液壓伸縮桿鉸接，液壓伸縮桿上下轉動，前后伸縮來配合連桿控制機械手，搖桿機構另一端與機械臂相鉸接，機架上固定有一個正反傳動機，正反轉動機的輸出軸固定連接在一組傘狀齒輪的一端，剪切機構主要是由機械手構成的，機械手兩臂與內部兩組齒輪相接，上部固定一個正反轉動機，轉動機的輸出軸分別與內部兩組齒輪嚙合控制其轉動。

該新型水果采摘機械，還包括底座，底座上安裝有車輪，底座左右安裝有驅動電機，驅動電機連接有驅動軸，驅動軸連接底座車輪，從而帶動采摘機械的移動。采摘機械的主要動力源是通過舵機來驅動采摘機械運動的，該機器主要利用的原理是杠桿原理和曲柄連桿機構，舵機轉動驅動連接桿繞定點轉動來實現機械臂的上升和下降，還將動力傳遞給齒輪，然后齒輪傳動是機械爪夾緊和小車底座的前進。所有的動作都可以通過人控制手柄驅動舵機來實現，這對于果農采摘果實節省了大量的人力和時間，解決了很大的問題。本發明通過液壓伸縮桿機構和機構控制裝置有效的實現水果采摘功能并且有效的節省了人力和物力，通過多人操作變為了單人操作。這類水果采摘機結構簡易并且適用于各種人群的使用并且為采摘水果的果農提供了更大的便利。

3 改進方向

本產品在實際生產中還是存在部分問題，例如水果的實際采摘過程中，是否會因為水果本身的緣故，水果過大或者過小，水果大小不在機械爪的伸縮程范圍內，機械爪難以抓取，應該適當改變機械爪形狀，應改為倒“V”字型-菱形式智能識別機械爪頭，這樣在很大程度上就不受水果自身大小的限制了。智能識別裝置，可以用機械爪一次性直接將水果抓取下來，在機械水果采摘機械即將行駛到目的地時，提前調整機械爪的大小以及角度，使得工序完成更快，還應在機械爪上加裝一些適當的海綿緩沖裝置以及落果袋來進行采摘水果；本文認為在這些點上還應有所突破以及未涉及蘋果采摘后的分揀及包裝系統，在今后的設計中可著重進行研究。

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