基于慧魚組合模型的小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)設(shè)計(jì)

馬登秋，馮前軍，葉振環(huán)，蔣兵，徐建英，申中秋，陳派，余玉民

基于慧魚組合模型的小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)設(shè)計(jì)

馬登秋，馮前軍，葉振環(huán)，蔣兵，徐建英，申中秋，陳派，余玉民

（遵義師范學(xué)院 工學(xué)院，貴州 遵義 563006）

為解決菠蘿采摘效率低、采摘成本較高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、芒刺對(duì)果農(nóng)傷害較大等問(wèn)題，根據(jù)菠蘿的結(jié)構(gòu)特征、生長(zhǎng)和種植特點(diǎn)以及采摘裝置功能需求，設(shè)計(jì)了一款小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)。該采摘機(jī)主要由采摘裝置、傳輸裝置、導(dǎo)向裝置、成熟識(shí)別裝置、大小篩選裝置、手扶裝置及驅(qū)動(dòng)控制裝置等組成，基于SolidWorks和慧魚組合模型完成了采摘機(jī)的三維建模和實(shí)物組裝。

慧魚組合模型；采摘機(jī)；菠蘿；小型手扶式

1 引言

菠蘿有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但菠蘿采摘難，采摘成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大[1-3]，為解決以上難題，設(shè)計(jì)了一種小型實(shí)用機(jī)械采摘裝置——小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)。小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)能自動(dòng)地批量采摘，識(shí)別成熟與否及分類收集，而且制造成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)向靈活。此裝置的成功設(shè)計(jì)，可有效解決菠蘿采摘難的問(wèn)題，促進(jìn)菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)菠蘿植株生長(zhǎng)特點(diǎn)和高效省力地采摘菠蘿以及經(jīng)濟(jì)性要求，設(shè)計(jì)的菠蘿采摘機(jī)應(yīng)該具備以下功能：自動(dòng)多排采摘、自動(dòng)運(yùn)輸、成熟識(shí)別、大小分類收集、操作簡(jiǎn)單、助力、單人操作、小型化、制造成本低、維護(hù)成本低等。

2.2 U形導(dǎo)向滾筒槽采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

U形導(dǎo)向滾筒槽采摘機(jī)構(gòu)由螺栓軸、滾筒、連接板、連接桿、槽輪、皮帶、支撐桿及圓盤齒刀等組成，如圖1所示。

1—連接板；2—螺栓軸1；3—連接桿；4—滾筒1；5—支撐桿；6—皮帶；7—工形滾筒；8—滾筒2；9—螺栓軸2；10—槽輪；11—圓盤齒刀。

工作原理：將擺向凌亂的菠蘿在采摘前規(guī)則排列進(jìn)行切割收集，將采摘后的菠蘿順利導(dǎo)引至U形擋板傳輸帶上。該過(guò)程中，菠蘿從菠蘿樹(shù)上粗切斷是一個(gè)關(guān)鍵性的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)菠蘿果實(shí)和植株的分離，此后菠蘿將移動(dòng)到第二個(gè)圓盤刀處行精切，然后菠蘿滾至U形擋板傳輸帶上。

2.3 U形擋板傳輸帶設(shè)計(jì)

U形擋板傳輸帶由U形擋板、帶塊、帶齒條、齒輪、支撐桿、齒輪軸、支撐架及擋板等組成，如圖2所示。

1—支撐桿1；2—支撐桿2；3—鏈條；4—U形擋板；5—連接頭；6—齒輪；7—鎖孔銷；8—擋板；9—傳輸帶塊；10—支撐軸。

工作原理：將U形導(dǎo)向滾輪槽采摘機(jī)構(gòu)中切割后的菠蘿逐一向上傳輸至V形導(dǎo)向滾輪槽。此過(guò)程中，因U形擋板采用弧形式設(shè)計(jì)，加上兩側(cè)及對(duì)面擋板之間的相互關(guān)系，使得U形擋板傳輸帶能順利地將菠蘿傳輸至V形導(dǎo)向滾輪槽。

2.4 U形擋板傳輸帶設(shè)計(jì)

導(dǎo)向V形滾筒槽機(jī)構(gòu)由螺栓軸、滾筒、螺母、V形支撐架等組成，如圖3所示。

1—螺栓軸1；2—螺栓軸2；3—螺栓軸3；4—螺栓軸4；5—螺栓軸5；6—滾筒1；7—滾筒2；8—滾筒3；9—滾筒4；10—滾筒5；11—V形支撐架；12—螺母。

工作原理：將U形擋板傳輸帶上傳來(lái)的菠蘿由橫向變?yōu)樨Q向，便于傳輸?shù)綆鬏敊C(jī)構(gòu)上，由成熟度識(shí)別機(jī)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別。因使用了V形傾斜式設(shè)計(jì)，因此具有自動(dòng)對(duì)中功能、利用自身自重及U形擋板傳輸帶機(jī)構(gòu)給的一定的初速度，在V形滾筒上將具有一定的慣性，順利有序地將菠蘿傳至帶傳輸機(jī)構(gòu)上。

2.5 成熟度識(shí)別機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

成熟度識(shí)別機(jī)構(gòu)由識(shí)別執(zhí)行電機(jī)、顏色識(shí)別傳感器、識(shí)別執(zhí)行桿、傳動(dòng)齒輪、平帶傳動(dòng)電機(jī)、支撐桿及傳輸平帶等組成，如圖4所示。

1—識(shí)別執(zhí)行電機(jī)；2—識(shí)別執(zhí)行桿；3—顏色識(shí)別傳感器；4—傳動(dòng)齒輪1；5—傳動(dòng)齒輪2；6—平帶傳動(dòng)電機(jī)；7—支撐桿；8—傳輸平帶。

工作原理：主要對(duì)導(dǎo)向V形滾筒槽機(jī)構(gòu)上傳來(lái)的菠蘿進(jìn)行識(shí)別作業(yè)。一是通過(guò)顏色識(shí)別傳感器進(jìn)行成熟度識(shí)別，將不成熟的菠蘿分選出來(lái)裝入不成熟收集框內(nèi)，二是將識(shí)別完的成熟菠蘿傳至篩選機(jī)構(gòu)中。

2.6 篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

篩選機(jī)構(gòu)由滾筒、螺栓軸、螺母、連接架及收集框等組成，如圖5所示。

1—轉(zhuǎn)動(dòng)連接頭；2—螺栓軸；3—連接架；4—大菠蘿收集框；5—滾筒；6—螺母；7—小菠蘿收集框。

工作原理：將帶傳輸機(jī)構(gòu)上傳來(lái)的菠蘿進(jìn)行大小區(qū)分，將其分入各自的收集框內(nèi)。因篩選機(jī)構(gòu)采用傾斜式設(shè)計(jì)，加上篩選機(jī)構(gòu)中采用了等間距的滾筒，菠蘿經(jīng)過(guò)滾桿上時(shí)因自身自重及帶傳輸機(jī)構(gòu)給的一定初速度，在滾桿上將會(huì)有一定的慣性，自此大小不同的菠蘿將會(huì)落入間距不同的滾桿間進(jìn)行大小篩選至所對(duì)應(yīng)的收集框中。

2.7 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由連接桿、支撐輪、傳動(dòng)軸、連接銷、轉(zhuǎn)向圓盤、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成，如圖6所示。

1—連接桿；2—支撐輪；3—傳動(dòng)軸；4—連接銷；5—轉(zhuǎn)向圓盤；6—驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

工作原理：通過(guò)支撐輪及連接桿的支撐作用，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的移動(dòng)及轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向圓盤可使除驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置以外的其他裝置實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

2.8 三維建模及組裝

小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)裝配分功能模塊裝配，首先分別完成采摘裝置、傳輸裝置、導(dǎo)向裝置、成熟識(shí)別裝置、大小篩選裝置、手扶裝置及驅(qū)動(dòng)控制裝置的裝配，然后按照模型整體的裝配關(guān)系完成整體模型的裝配，如圖7所示。

圖7 小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)裝配

3 結(jié)語(yǔ)

為解決菠蘿采摘難、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等難題，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種小型實(shí)用性機(jī)械采摘裝置——小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)。采摘機(jī)主要由采摘裝置、傳輸裝置、導(dǎo)向裝置、成熟識(shí)別裝置、大小篩選裝置、手扶裝置及驅(qū)動(dòng)控制裝置等組成，小型手扶式菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)能自動(dòng)地批量采摘，識(shí)別成熟與否及分類收集，而且制造成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)向靈活。此裝置的成功設(shè)計(jì)，可有效地解決菠蘿采摘難的問(wèn)題，促進(jìn)菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

［1］吳沛晟，華京.菠蘿采摘機(jī)器人的實(shí)用化設(shè)計(jì)［J］.蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，23（3）：58-61.

［2］辛寶英，施俊俠，廖湘湘，等.菠蘿采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2014（14）：12-14.

［3］張俊昌.菠蘿自動(dòng)采摘機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析［D］.廣州：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，2014.

S225

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.062

2095－6835（2020）14－0147－02

馬登秋（1991—），男，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。馮前軍（1998—），男，本科生，主要從事機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。

〔編輯：王霞〕