全地形水果輔助采摘器的設計

趙金義 薛蕊 張玉良 孫瑞山

摘要：全地形輔助采摘器是利用三爪采摘機構、剪切夾取機構提高水果采摘的效率和保證所采摘水果的完整性，再通過全地形推車對采摘下的水果進行存放與運輸的機器。全地形輔助采摘器整體均使用純機械設計，利用手持桿件設計而成的三爪采摘機構、剪切夾取機構完成采摘，不僅避免了摘取高空水果果農需進行的爬樹作業，同時提高了果農水果采摘的安全系數、采摘效率以及采摘的完整性。全地形推車設有三輪轂機構、升降支撐機構和簡易梯子三個部分，其中三輪轂機構的設計使得推車行走和停放更加平穩，減少了水果運輸過程中所受到的損傷，保證其完整性;升降支撐機構采用的是推車后部支撐高度可調節的桿件，使推車在停放時保持水平。簡易梯子部分可以提高果農的采摘半徑，提高采摘效率和安全系數。

關鍵詞：效率采摘;水果完整型;升降機構;全地形

1 緒論

水果中含有非常豐富的營養成分，主要是碳水化合物、維生素和礦物質，還有有益于人體健康的生物活性物質。雖然水果與蔬菜在營養價值上有許多相似之處，但由于水果不需烹調，生食能避免營養素在烹調中的損失，最大發揮其營養作用。因此，水果的營養作用是其他食物所不能取代的。

隨著水果種植業的發展，其中的諸多問題也慢慢地顯現出來。例如在采摘過程中使用方法不當造成對水果的破壞[1] ，高空水果采摘難度較大，爬樹作業的安全系數較低等問題[2] ，再者就是對于坡地果園水果采摘完成后的存放與運輸問題，這些問題都是果農采摘運輸水果時的難題。

根據以上現狀及其背景，我們根據采摘時會遇到的各種問題進行了大量的分析和研究，就如何提高水果采摘效率、提高安全系數和方便坡地水果存放與運輸[3] 這些問題提出構思，我們設計出了這款輔助采摘機器。

2 設計方案

通過對附近果園水果采摘情況的調查、研究和分析，結合實際，我們提出了以下設計方案：

（1）為了結構更加簡單采用全機械結構。

（2）鑒于機構的效率采用手持式采摘機構。

（3）提高整個機構的協調性，使得機構簡單易操作。

3 水果輔助采摘器的結構設計

我們對于市場上的采摘機構進行了解，對果園的參觀和對果農的咨詢，深入地了解到水果采摘的過程與要求，以及對于采摘下的水果的要求，對于這些問題，我們進行了深入的探討，設計了兩種采摘機構：三爪采摘與剪切夾取采摘[4] 。三爪采摘機構[5] 通過把手帶動三只帶有弧度的抓手固定水果，主要是抓取果實較大且不易破碎的水果;剪切夾取采摘是通過剪切果實的莖或枝丫，剪切部分切斷水果莖，同時通過在刀背上加裝夾取機構夾取，剪切夾取部分前窄后寬，根據不同植物的莖不同從而選擇不同部分進行剪切，主要是采摘果實易碎或者果實茂密且較小的水果品種。

通過對于果農實際采摘情況發現，采摘過程中會對于高處水果的采摘有些困難，所以我們通過加高部分車體來提高果農的工作半徑，梯子部分來源于車體，梯子更加穩固。

由于果樹多生長于坡地，水果的運輸較為困難，我們對于推車希望可以適應于不同的坡地，使車兜始終保持水平。在推車的后部支撐中加入可以升降的部分，在車到達預定位置后，可以通過調節升降部分，以適應不同的坡地。控制部分在車把手上，通過對于控制車把手，使安裝在車后部支撐部分的固定塊移動，從而使在車后部的支撐桿由于重力原因下降，升降部分到達地面后自動停止，左右升降部分互不聯系，已達到適應不同坡度的情況。

4結論

我們設計的這款輔助采摘機器可以在水果采摘時大幅度地提升采摘的完整性，并且提高水果采摘的效率，減少果農工作時間。推車部分在各種坡地都可保證車斗維持水平，果農可以在上面進行高處水果的采摘作業，并且推車的平穩行既代替了果農爬樹，又提高了安全系數，同時車斗空間充足，水果不易滾動和掉落，保證了水果的存放與運輸。

全地形輔助采摘器在提高水果采摘效率的同時兼顧水果采摘的完整度，更適用于果農作業;機器便捷，操作簡單易懂，單人操作即可;結構簡單，制作成本低，短期內可實現，更加符合果農實際情況。

參考文獻：

[1] 馬質璞，張抗，譚驥，劉宏偉.一種新型單果采摘器的設計[J].機械設計與制造，2017（05）：252-255.

[2] 藍峰，蘇子昊，黎子明，謝舒.果園采摘機械的現狀及發展趨勢[J].農機化研究，2010，32（11）：249-252.

[3] 徐斌.便攜式水果分級采摘器的原理與應用[J].現代農業科技，2007（13）：203+205.

[4] 楊文亮.蘋果采摘機器人機械手結構設計與分析[D].江蘇大學，2009.

[5] 成理鵬，張繼光，李春雪.一種水果采摘機的結構及功能設計[J].南方農機，2018，49（01）：34.

作者簡介：

趙金義（1998.02-），男，漢族，山東濱州人，學生，機械設計制造及其自動化專業

薛蕊（1981.06-），女，漢族，山東濟寧人，碩士，副教授，主要研究方向為控制工程

（作者單位：青島黃海學院）