大棚草莓無人化自動采摘裝置的設計與研究

樓建忠　麻桂楊

摘 要 針對大棚栽培草莓采摘季節性強，人工采摘效率低等問題。該文設計開發了一種應用于大棚草莓無人化采摘的自動采摘裝置。該裝置由草莓自動采摘機、輔助搬運小車兩部分組成，通過電機驅動主動輪在導軌上運動，采摘機上的機械手上安裝有顏色傳感器，實時監測草莓位置和成熟度，實現草莓的實時采摘，搬運小車通過升降交換爪實現與草莓自動采摘機的對接和收集盒的交換，從而實現大棚草莓無人化采摘。所研發的草莓采摘機為解決草莓采摘自動化提供了參考。

關鍵詞 大棚栽培 草莓 采摘機械 無人化

0引言

近年來，我國草莓種植面積迅速擴大，采摘周期短，成熟后若不及時采摘，容易發生腐爛。在國內，水果采摘機械裝置的研究才剛剛起步，目前我國草莓采摘大部分靠人工采摘，勞動強度高，作業量大，采摘效率低。在草莓成熟旺季，需要雇傭足夠的人員來采摘草莓，嚴重制約草莓種植業的發展。

本文所設計的草莓無人化自動采摘機械裝置，適用于大棚人工栽培草莓的采摘，利用安裝于機械手上的顏色傳感器自動識別草莓，判斷成熟草莓的位置和成熟度，并進行實時采摘，運輸小車負責與草莓采摘車進行對接，并對草莓進行搬運，實現草莓采摘與搬運的銜接，解決了大棚種植草莓無人化采摘的問題。

1總體結構與工作原理

草莓無人化自動采摘機械裝置包括草莓自動采摘機、輔助搬運小車和導軌。其中草莓自動采摘機負責草莓的采摘，輔助搬運小車負責采摘后草莓的自動運送，搬運后的草莓再進行分級和包裝處理，從而實現大棚草莓采收的無人化作業。

工作時，首先啟動草莓采摘機，通過傳感器識別草莓并進行實時定位，機械手爪抓取草莓并用刀片切下，將草莓放入輸送帶，輸送至草莓盒，重力傳感器感應所采摘草莓的重量，當達到給定重量時，給出指令，啟動草莓盒替換機構，并啟動搬運小車，將草莓盒運送至指定地點，在該處進行草莓分揀，并完成草莓包裝。

2采摘裝置各機構設計

2.1草莓自動采摘機械裝置

如圖1所示為草莓自動采摘機械裝置，其結構包括采摘機械手、采摘機械手滑移導軌、輸送帶、升降交換刺爪、絲杠傳動機構、主動輪、從動輪、導軌、錐齒輪對、升降交換爪和機架等。

草莓自動采摘機械裝置通過主動輪上的電機驅動，實現在導軌上自由滑移實現前進、后退和靈活轉彎，采摘機械手可在導軌上來回移動，實現滑移導軌范圍內的草莓采摘，等這一區域內的草莓被采光后，底部主動輪驅動，將整機移至下一個區域，導軌端部有接觸式傳感器，當機械手移至端部時，及停止移動，發送信號給處理器，觸發底部主動輪電機運動。 機械手將采摘的草莓放入輸送帶，通過輸送帶將草莓送至放置于升降交換爪的草莓收集盒中，升降交換爪通過絲杠傳動實現升降，交換爪裝有重力感應器，當草莓采集到一定重量時，及與輸送小車進行收集盒交換。采摘手爪采用柔性材料，確保在采摘過程中不損傷草莓，機械手爪端部裝有顏色傳感器，通過顏色傳感器感應所采摘草莓的成熟度，同時通過機械手爪端部的刀片旋轉割斷草莓。

2.2輔助搬運小車

設計的輔助搬運小車具有實時搬運功能，小車上設計有螺桿傳動升降機構，可以實現與采摘主機的收集盒交換。輔助搬運小車通過主動輪驅動，用電機作為動力源實現小車的前進和后退，與草莓自動采摘機械裝置銜接配合，從而實現了整個大棚草莓的無人化采摘。

3創新點與特色

所設計的大棚草莓無人化采摘的機械裝置具有以下創新點：（1）利用顏色傳感器實現對草莓的實時識別與定位，從而實現了大棚草莓智能采摘；（2）利用重力感應器自動感覺草莓重力，通過收集裝置自動交換機構實現收集盒的自動交換，提高了草莓采摘的自動化；（3）通過輔助搬運小車實時對采摘后草莓進行搬運，將草莓搬運至指定位置進行分揀與包裝，實現無人化采摘與管理。該作品具有很大市場推銷廣應用價值，同時解決了無人化一個采摘的實際問題。