基于傳感器的自動識別水果采摘機(jī)的設(shè)計

鄭哲奮

摘 要： 我國當(dāng)前在水果采摘方面，機(jī)械化程度較為不足，為了解決這個問題，設(shè)計基于傳感器的自動識別水果采摘機(jī)。裝置包括了減速帶、刀片、自動識別入袋器、鎖死機(jī)構(gòu)、電源、處理器、手柄、伸縮式水果入口、伸縮桿等部分。在工作過程中，在伸縮式水果入口放置水果，自動識別系統(tǒng)采用自動報警的方法提示，使用手動開關(guān)將果柄切斷，水果進(jìn)入減速帶，逐漸減速并到達(dá)地面，采摘和拾取更為方便。工作中利用伸縮桿，對于高度不同的水果，也能夠采摘。此種采摘機(jī)價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，可操作性、通用性良好，在很多果園采摘中都適用。可對水果快速、高效采摘，并將勞動力減少，采摘效率提升。

關(guān)鍵詞： 傳感器；自動識別；水果采摘機(jī)

前言：近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平提高，對于物質(zhì)生活追求也有所提升。在日常生活中，水果已經(jīng)越來越普遍。水果中營養(yǎng)成分豐富，對人體健康十分有利。不過，當(dāng)前水果采摘中，采摘勞動力占比約在33%-50%左右。盡管早就有水果采摘機(jī)發(fā)明和應(yīng)用，但是對于機(jī)器適用范圍不足的問題，并沒能得到解決，另外占用空間較大，價格比較昂貴。隨著多年來的不斷優(yōu)化，水果采摘機(jī)仍有一定的不足。對此，需要對其設(shè)計原理、設(shè)計方法進(jìn)一步改進(jìn)，從而使機(jī)器在采摘范圍內(nèi)，能夠?qū)θ我饽繕?biāo)點(diǎn)人工采摘水果提供輔助機(jī)械手，進(jìn)而推動水果農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1 水果采摘機(jī)的現(xiàn)狀

目前，在水果采摘中，已經(jīng)發(fā)明并問世了很多不同種類的水果采摘機(jī)，也有很多已經(jīng)申請專利。不同產(chǎn)品各自具有不同的特點(diǎn)，同時價格方面也比較相似。因此，果農(nóng)在選擇水果采摘機(jī)方面，始終避免容易。不過，現(xiàn)有的很多水果采摘機(jī)，都有比較大的體積，在水果采摘作業(yè)中，使用便利性較差，并且還存在一些其它的缺陷。另外，當(dāng)前果農(nóng)通常年齡較大，視力水平不足，因此如果對簡易的水果采摘機(jī)加以使用，定位方面難度比較大，工作效率也存在不足。而且在作業(yè)當(dāng)中，如果水果直接從內(nèi)部滑出，導(dǎo)致水果碰撞和磕碰造成水果損壞，也會帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失[1]。所以，以傳統(tǒng)的水果采摘機(jī)為基礎(chǔ)，考慮到水果采摘有比較大的任務(wù)工作量，果實(shí)在果樹上生長高度不同，對觸碰力度有比較高的要求，需選擇單果成熟期不一致等相關(guān)情況，基于傳感器設(shè)計自動識別水果采摘機(jī)。

2 基于傳感器自動識別水果采摘機(jī)設(shè)計

2.1 設(shè)計理念

基于傳感器的自動識別水果采摘機(jī)，實(shí)際上屬于半自動化高處水果采摘機(jī)，主要的設(shè)計理念在半自動化方面得到體現(xiàn)。使用經(jīng)濟(jì)性較高的傳感器，自動識別需要采摘的而水果，無需長時間集中注意力使用肉眼識別，降低了視疲勞。同時采摘機(jī)生產(chǎn)效率高，高效快捷。配備了伸展水果入袋口，能夠?qū)Υ笮〔灰粯拥乃M(jìn)行采摘，采摘機(jī)的適用范圍得到了擴(kuò)展。同時，設(shè)計配備了減速帶裝置，其中具有減速片，除了達(dá)到減速水果下落的目的之外，也能夠?qū)λ綦x，避免水果相互發(fā)生碰撞損失[2]。通過有效、簡單的方法，對水果采摘后的成品質(zhì)量提供保障，體現(xiàn)了高效、簡單、實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計優(yōu)勢。

2.2 具體設(shè)計

在基于傳感器的自動識別水果采摘機(jī)設(shè)計中，對設(shè)計結(jié)構(gòu)、工作流程加以分析。在采摘過程中，調(diào)整伸縮桿，使其達(dá)到和水果相當(dāng)?shù)母叨龋ㄟ^緊釘螺釘妥善固定伸縮桿。利用線輪對鋼絲調(diào)整，達(dá)到合適的長度，用鎖死裝置繃直鋼絲，以水果大小為基礎(chǔ)，對入口大小加以調(diào)整，在伸縮式水果入口套入水果。使用紅外線傳感器自動識別裝置確認(rèn)，顯示器在水果開始進(jìn)入袋口時顯示紅色，水果完全進(jìn)入之后顯示綠色，同時發(fā)出聲音提示。按動手柄將動力裝置啟動，鋼絲繃直帶動刀片，完成剪切水果的操作，水果進(jìn)入袋口后，向袋中掉落，通過減速裝置，避免水果相互碰撞損壞，最后低速掉落到水果筐中，整個采摘流程就完成了。

2.3 設(shè)計創(chuàng)新

在現(xiàn)有的水果采摘機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，都存在著一定的缺陷和不足，對此，對設(shè)計原理、設(shè)計方法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計研究一種在采摘范圍之內(nèi)，能夠?qū)δ繕?biāo)點(diǎn)采摘作業(yè)提供輔助的水果采摘機(jī)。設(shè)計中對機(jī)械臂改進(jìn)設(shè)計，通過試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)性能。此種基于傳感器的自動識別水果采摘機(jī)，能夠提高作業(yè)效率，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，有著極大的促進(jìn)和推動作用。相比于傳統(tǒng)水果采摘機(jī)，新型水果采摘機(jī)的優(yōu)勢在于，還能夠?qū)麡渲形恢幂^高的水果進(jìn)行采摘，并且具有簡單的結(jié)果，操作也很方便，舒適性、安全性良好。在不同大小、不同高度水果采摘中，都能得到應(yīng)用。另外，在水果套袋工作中，也能對該機(jī)器加以使用，且執(zhí)行機(jī)構(gòu)支架，可以用農(nóng)藥噴灑支撐結(jié)構(gòu)代替，豐富了機(jī)器的用途。

該水果采摘機(jī)，伸縮桿距離的調(diào)節(jié)，利用了緊釘螺釘，入袋口可以和水果相接處[3]。鋼絲繩的長度，通過線輪加以固定，可使入袋口與水果接近。水果進(jìn)入袋中，紅外線傳感器檢測并發(fā)送信號。采摘者收到信號，操作手柄，利用鎖死機(jī)構(gòu)鎖死鋼絲。鋼絲拉緊能過和刀片的鉸接帶動刀片，進(jìn)而從樹枝上剪下水果。水果經(jīng)過減速帶向果筐中移動，進(jìn)而整個水果采摘過程完成。繼續(xù)上述操作，采摘下一個水果。使用該水果采摘機(jī)，水果采摘效率可得到極大的提升，同時采摘成本、勞動力消耗能夠降低，水果損壞減少，質(zhì)量得到保證，果農(nóng)也就獲得了更大的效益。

3 小結(jié)

傳統(tǒng)水果采摘通過人工的方式，效率十分低下，并且要承擔(dān)較高的人工費(fèi)用，效益不高。后來研究制造了很多不同種類的水果采摘機(jī)，但在實(shí)際應(yīng)用中，也都發(fā)現(xiàn)了各種問題和不足。對此，以傳感器為基礎(chǔ)，設(shè)計一種自動識別水果采摘機(jī)，可通過紅外線傳感器，識別水果入袋位置，提高了采摘效率和準(zhǔn)確性，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展也有著良好的價值。

參考文獻(xiàn)

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