《苹果采摘机的设计》

苹果采摘机的设计

摘要：根据苹果收获的现状,针对国内苹果的生产环境,设计了一种基于人工辅助的简单苹果收割机。分析了苹果收割机及其部件的结构和功能。提出并实现了多级可调杆的设计。提出并进行了基于重力原理的嵌套铁环输送和收集袋的设计。苹果辅助收割机集采摘、收集、运输于一体,适用于苹果、梨、等苹果采摘。试验表明,水果辅助收割机结构简单,操作灵活,效率高,收获质量好,能显著降低劳动强度,降低成本,具有较高的经济和实用生长趋势。工业化,人们对水果收获效率提出了越来越高的要求,传统的人工收获方法效率低,劳动力浪费等。不足。本文提出了一种新型的苹果皮卡机。通过以往的结构设计、安装调试和后来的现场试验,验证了该装置的可行性。

关键词：采摘；装置；设计

目录

第一章绪论

2

1.1引言

2

1.2课题研究目的与意义

3

1.3国内外林果机械研究现状及分析

4

1.3.1国外林果机械研究现状

4

1.3.2国内林果机械研究现状

5

1.3.3我国林果采摘机械与国外的差距

6

第二章机械设计

7

2.1苹果果实分布及采摘机理

7

2.1.1果实分布

7

2.1.2采摘机理及要求

7

2.2当前采摘情况

8

2.3设计总体构思

8

2.4设计方案

10

2.4.1操作杆

13

2.4.2夹持式采摘机构设计

14

2.4.3分拣结构

15

2.5收集袋

16

2.6试验分析

17

第三章结论

19

致谢

19

参考文献

21

第一章绪论

1.1引言

中国是世界上最大的水果生产国和世界上最大的水果消费国。占全球产量约14%的水果种植行业的快速发展,增加了市场对果园机械的需求。采摘作业是复杂和季节性的。如果采用人工采摘,不仅效率低,劳动量大,而且水果容易受损。收获机械的使用不仅提高了收获效率,而且降低了破坏率,节约了劳动力成本,提高了果农的经济效益。因此,提高采摘作业的机械化水平具有重要意义。随着农业从业人员的减少和老龄化趋势的增加,收获机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。近年来,我国的收获机械发展迅速,水果收割机得到了大量的研究,但各水果之间的差异、种植面积的地理条件、果实品种的变化提出了不同的建议对收割机机械的发展提出了要求,因此对收割机的开发提出的技术要求是复杂的。全自动选料机难度大、成本高,不适合我国目前以农民为主的生产现状。手持式成本较低,但生产过程劳动密集,不如传统自动扶梯攀爬采摘方便。简单的水果辅助收割机是一种移动辅助收割机,专为苹果、梨和子等数量相似的水果的生产环境和收获需求而设计。它属于农具机械。它主要用于收获相关水果,也可用于果树的枝叶修剪。选果机的主要特点是将操作杆固定在采集车支架的顶部,通过万向节实现多向膨胀调整。它可以向四面八方移动和调整,解决采摘问题,解决劳动强度问题。同时,该水果辅助收割机具有结构简单、生产成本低、适用于多种水果收获的优点。它还具有修剪枝叶的功能,具有良好的实用价值。因此,水果辅助收割机具有较高的推广应用价值。

苹果是我国生产的主要水果之一。我国苹果种植面积189.9hm2,产量2600万吨,占世界苹果种植面积和产量的35%以上,居世界首位。目前,苹果收获主要依靠手工劳动,由于其高风险和恶劣的工作环境,耗时费力。因此,开发自动收获技术和水果收获机具有重要意义。收获水果的主要方法是人工收获、半机械化收获和机器人收获。其中,人工收获对低果实有一定的优势,但对高果实的优势较大;半机械化收获是通过工具、自动起重手推车或跨行行走拖车的人工收获进行的,但人工高攀爬收获对人类的安全风险更大;机器人采集水平仍然较低,对环境的影响可靠性较低。没有解决方案。本文设计的苹果选取器较好地解决了设计中的可靠性问题,提高了效率和稳定性。在一定程度上,节省了劳动力,缩短了工作时间,提高了生产效率。

1.2课题研究目的与意义

我国的森林和水果种植种类众多,水果总产量居世界第一。近年来,随着农业产业结构的发展和调整,森林和水果种植面积的增加以及林果产量的不断增加,水果生产和种植已成为第三大农业支柱工业后的粮食和蔬菜,是农民增加收入致富的新亮点。但我国森林和水果机械化水平较低,基本处于起步阶段和发展阶段。目前,中国的一系列森林和水果经营环节,从挖坑植树、修剪嫁接、开沟施肥到收获果实,仍然主要依靠人工。生产效率不能提高,果实质量不能保证,经常会出现高产、收获差的现象。因此,只有不断提高水果机械化水平,才能确保水果产业化的健康快速发展。

目前,森林和水果产业的大规模发展需要大量的劳动力,但农村劳动力的不断减少使劳动力成本不断增加。大多数水果和森林种植户迫切需要水果和森林机械来解决这些问题。水果作业机械可以实现果园的规范化生产和管理,大大降低农民的劳动强度,降低劳动力成本,提高经济效益和生产效率,有效减少果园的发生。提高果品质量,对改善果业的健康和可持续发展具有重要意义。我国也在加快水果机械化步伐。政府高度重视水果机械化技术的示范和推广,出台了各种购买补贴优惠政策。

采摘作业具有季节性强、劳动密集的特点。它是整个生产过程中的一个重要环节。使用的劳动力占整个生产过程的45%-55%。在我国,摘苹果主要依靠人工敲击,这在很大程度上受到树木形状、地理位置、天气和人工操作等复杂因素的影响。此外,苹果的最佳采摘时间是在露水前后一周内,周期较短。农民通常提前摘苹果。这不能保证苹果的品质,人工采摘效率低,成本高,有一定的存在。安全隐患大,劳动强度高,易损坏嫩芽。采用机械化收获,缩短苹果收获周期,大大提高苹果收获效率,促进后续收获,最终增加农民收入。

总之,苹果收获机械的研究与开发对我国果林产业化和规模的健康发展具有重要意义。我省是一个苹果种植大省。随着苹果种植面积的增加,苹果在果实高峰期的面积不断扩大。苹果产量逐年增加。农民们急需采摘苹果的机器。采摘苹果的机械有广泛的市场需求。中国是世界上年产量最高的苹果生产商,但苹果的出口远远低于美国7。美国只需15天就能收到苹果收获的加工产品进入市场,苹果质量好,规格整齐。为了缩小与欧美发达国家的差距,苹果收割机的研发对重塑中国主要苹果出口国的形象也具有重要的战略意义。。

1.3国内外林果机械研究现状及分析

随着世界机械化的快速发展,它已被广泛应用于各行各业,以提高生产效率,创造价值。机械化的大发展也有利于果业的发展。在水果生产和加工过程中,水果机械的发明、开发、设计、制造和应用。随着人类的进步和科学技术的发展,机械化正在向更高的可靠性、安全性、自动化、智能化和环境保护方向发展。在这一趋势的推动下,水果机械的研发也在向自动化、智能化、环保方向探索、发展和推进。近年来,中国的农业、林业、蔬菜和水果产业与世界保持一致。农业、林业、蔬菜、果业的生产、经营和发展逐步规范化、规范化、多元化,对农业、林业的生产经营提出了更高的要求,蔬菜和水果产品。果蔬收获具有劳动强度高、季节性强、劳动强度大的特点。这项工作需要大量的劳动。但现在农村劳动力在减少,劳动力成本在增加。这种高成本、低效率的生产方式必将阻碍和制约农业、林业、蔬菜和水果产业的发展。目前,我国一般不能推广机械采摘作业,而是在不断努力增加研发投入。同时,国外机械化采摘已经非常成熟,振动采摘机得到了广泛的应用。振动采车机可分为气动采振机、机械采振机、冲击采选机和接触采车机。目前,国外正在向自动化和智能化方向发展,并取得了一些成就。许多智能机器人已被尝试用于采摘作业。。

1.3.1国外林果机械研究现状

在发达国家,劳动力成本高、人口老龄化加速,为了解放劳动力、降低劳动力成本,机械收获研究非常早期。上世纪40年代,美国、法国、英国等少数发达国家开始研究收获机械。20世纪40年代中期,美国开始研究采振机械,并将其应用于采摘水果。20世纪50年代中期,出现了以拖拉机为驱动装置的振动收割机,广泛应用于通过振动进行林业和农业水果的机械收获。振动收割机主要分为四类(气动、连续、冲击、接触)。1963年,气动收割机首次用于水果收获。水果因改变风向而振动和掉落。但它具有功率大、运行成本高、对树木破坏大等问题,最终未能得到推广和应用。振动收获机因其效率高、结构简单、操作方便等优点,在国外大型果园得到了广泛的应用。实现了机械收获代替人工收获,果园整体机械化水平较高。振动收割机主要用于果园收获。最常用的是推式收割机,主要用于收获苹果、巴丹树、枣树、栗子、山和浆果。

目前,由于水果收获环境复杂多变,影响因素不确定。同时,目前的收获机器人一般都是大的、笨重的、不灵活的、高生产成本的、低收获效率的(有时不如人工收获)、不稳定的识别性能(容易损坏水果和树枝)、高操作人员的技术要求,以及收获机器人的使用和维护都很高。这需要相当大的技术水平和成本。这些综合因素决定了在现阶段采摘机器人很难在市场上推广。。

1.3.2国内林果机械研究现状

我国水果收获机械的研究和应用起步较晚。直到20世纪70年代,水果收获机械才开始研究。在引进和学习国外收获机械的过程中,我们开发了机械振动山楂收割机、安全气囊收割机和手持电动水果收割机,并配以步行拖拉机。中国在引进国外林果机械的同时,先后开发了中耕除草机、液压修剪升降平台、果园空气雾喷雾器和水果收割机,促进了森林和水果机械化的发展。自20世纪80年代以来,我们开发和制造了切割收割机。同时,林业收获机械也取得了一些进展。1983年,东北林业大学研制了拖拉机驱动的摇树收割机,但耗电量高,对树木体的破坏严重,采收率不理想。1985年,南京林业大学研制了1ZZ-便携式振动种子收割机,并通过了鉴定。上世纪90年代,中国出现了果树种植热潮。果树修剪和收获机械进入市场,小型气动修剪机、辅助收获平台等。1992年,浙江金华农业机械研究所研制了拖拉机驱动的采摘水果电梯,最高海拔为7m。在目前阶段,水果收获主要依靠人工收获或借助简单的工具,如梯子和剪刀。2009年,新疆农业复垦科学院机械设备研究所针对新疆枣树和苹果的特点,研制并生产了机械振动水果收割机。主要由振动激励装置、液压控制系统、油罐和配套组成。采摘试验效果好,但整机复杂、笨重、笨重。它不能完成丘陵山坡上的采摘任务。2010年,通过引进和改进意大利ERREP-PI公司生产的VI工商LIV干果收割机的设计,研制了一种枣树收割机。王海斌等人分析了蓝莓采振的机理,建立了蓝莓植物采摘的物理模型,推导了动态方程,求解了蓝莓枝的稳态强迫振动输出解和采摘利用数学和物理微分方程对惯性力进行了研究,研制了一种接触蓝莓采摘机。中国农业大学对振动采集技术的机理进行了深入的研究和分析,建立了果树机械收获动力学模型,为振动采集技术的设计和开发提供了理论依据。振动收获机械。2012年,南京林业大学采用机械采振技术,研制了一种偏心水果和森林振动收割机。该收割机主要由电子履带式车辆、起重伸缩机构、励磁机构和夹紧机构组成。电子履带式车辆是一种整体结构复杂、体积大、成本高、流动性差的行走装置。

近年来,国内水果收获机械在引进和学习国外先进技术后取得了良好的成绩,但并没有针对我国水果种植的实际特点。国外平原地区的果树种植庄园模式在成排果树之间有很大的空间,大型设备可以自由操作。然而,中国的水果种植大多是在丘陵山区的小型合作社中进行的。型号:种植密集,果树行距小,大型设备不能自由进入,完成采摘作业。。

1.3.3我国林果采摘机械与国外的差距

我国的水果和森林采伐机械研究相对较晚,相关基础研究不到位,市场上成熟的产品很少,同时,对苹果收获机械的研究也相对较少。大多数苹果收获机是通过模仿和参考国外的苹果收割机来设计的,这些机器的设计并不以中国专业合作社种植的山坡、丘陵、茂密种植和矮化的特点为依据。国外,大型农场在平原上种植稀少。因此,国外大型采摘苹果的机械在我国不能胜任采摘苹果的任务。我国森林和水果收获机械与国外的差距主要表现在以下几个方面:

(1)果园机械化基础差。中国的大多数果园都种植在丘陵地区和丘陵地区。生产规模小,种植模式多样,种植经营分散,规模低,标签化、规范化管理。农艺学依赖于传统的经验,不够标准化,导致单一和多样化的水果机械。现有的果园机械在数量、功能和质量上都不能满足果园产业化大规模发展的需要。

(2)收割机专用动力机械缺乏柴油机、拖拉机、汽油机、液压泵等果园动力机械。拖拉机一般用作大型设备的行走装置。国外果园里有许多专门使用的拖拉机。它们的特点是功率大、重心低、车削直径小、操作简单。他们可以在温室或矮化果园里骑行。目前,我国的大功率拖拉机一般都是致力于农业的,目前还没有适合于具有农艺特点的果园的专用动力设备。现有的果园机械普遍缺乏动力。

(3)果林机械的设计与发明任务是根据农艺要求完成具体任务,提高劳动效率,实现林业机械化。农学和农业机械是紧密结合和不可分割的。国外农业机械通常是特殊的,但森林与果体机械的不相容问题和水果种植方式在我国尤为突出,这使得森林和水果的研究和开发机械目标不明确,设计的农业机械与农业机械分离,导致无法广泛使用。

(4)研究投入和研究不足。我国水果和森林机械的研究起步较晚,科研人员人数较少。农业和林业大学是主要的研究机构。研究资金不足,对新机械和新技术缺乏了解。同时,引进、研究和吸收国外先进技术,也是我国水果和森林种植的特点。这些因素导致水果和森林机械发展缓慢。。

第二章机械设计

2.1苹果果实分布及采摘机理

2.1.1果实分布

大多数苹果果实位于果树表面,通常2-3种水果聚集在一起。苹果果实在重力的作用下自然下垂。由于苹果树的枝条具有一定的韧性,苹果集群与地面并不垂直,而是与地面形成一定的角度。

2.1.2采摘机理及要求

根据苹果果实的分布特点,确定在苹果收获过程中应直接切割单一果实秸秆,使果实能与果树分离,及时收集到篮子中,这样可以提高收获效率。为了确保水果可以采摘到较高的位置,拾取器设计了一个自动伸缩杆,可以将采摘手送到足够高的位置。为了避免损坏果实,在伸缩杆的末端设计了夹紧采摘手。

2.2当前采摘情况

目前,我国大部分地区主要采用人工水果收获。人工采摘对劳动力的需求很大,劳动强度也很高。通过调查分析,常用的人工采摘方法包括膨胀杆剪刀采摘、膨胀杆仿生爪采摘、抽吸法等。这些方法主要有三个缺点。(1)它通常用于采摘者持有可控制的伸缩杆,并固定剪刀或机械爪在棒的顶部,以削减或扭曲手柄,苹果从下布口袋下降。虽然这种方法操作简单,但收获效率低下,收割机往往因为长杆臂而变得非常费力。(2)吸盘式采摘采用空气泵真空塑料吸盘,从而吸附在苹果表面,果实秸秆脱落,落入较低的网袋。该方法的采采效率略高于上述方法。要保证吸盘能同时吸收果实,是难以推广和操作的。它不适合个人或果园。(3)除上述外,还有机械碰撞方法。它容易损坏水果,效率低,成本高,通用性低。针对上述问题,设计了一种新的苹果采摘装置,以避免这些缺陷,在一定程度上提高采摘水果的效率。

2.3设计总体构思

移动底盘：

本文设计的捡果器移动底盘选用农用拖拉机式移动小车，以便适应开放且多变的苹果园地面环境。上面还安装了主控电路板，多种传感器，采摘辅助装置，电源模块等装置。

传动结构：

本文设计的捡果器传动结构主要包括机械手腰部，大臂和小臂部分。其转动驱动源均采用交流伺服电机，选用行星齿轮减速器对电机进行减速，同时有效提高最终的输出扭矩。直接选用电动推杆作为小臂伸缩的部件，在伸出杆的末端通过螺丝连接相应旋转法兰盘组件与末端执行器固连。末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧并采摘。

基于苹果收获效率低和劳动力需求大的基础上,提出了一种小型苹果收割机，自由度配置为P-RRR-P。该装置能显著提高苹果收获效率,控制成本,有效解决苹果收获过程中的各种问题。该机构具有二移动三转动自由度，通过相应的伺服电机控制末端机构的位置。拾取结构为电动推杆+机械爪+传感器,实现自动拾取,只需控制电动推杆的伸长和缩短长度;视觉设备固定在电动推杆上,提高了精度，解决了传统采摘的弊端;最后,拾取设备被添加到推杆。一步一步地提高效率,这样就可以整合分拣。2.2功能确定1)可控制的扩展。根据电推杆的特点,根据苹果树的高度调整机械臂的伸缩长度,扩大采摘范围。图2.1显示了一个示例示。

图2.1

图2.2

(2)自动采摘:采用红外传感器+伸缩机械爪+传感器+摄像头实现自动采摘水果。(3)定点拾取:电动推杆固定在五自由度支架上,支承的自由旋转可在一个位置实现多点拾取。拾取器只需控制手柄上的两个开关,即可控制电动推杆的伸长率和缩短时间,即可完成整个拾取过程。该示例如图2.2所示。(4)可视化:将微型摄像模块和显示屏固定在电动推杆上,解决了拾取人员头部的问题。2.3工作流程(1)视觉采摘。在电动推杆上安装微型摄像机和显示屏,可以准确定位苹果的位置,有效地解决了传统的拾取提升杆的问题。2)多方向自动领料。首先,红外传感器连接到机械爪上。当距离苹果2毫米时,信号被传输到单片机,以控制机械爪。然后,一个与机械爪底部相连的小电机旋转两周,扭动手柄,实现自动采摘。其次,推杆底部手柄上有两个按钮。领料人员可以通过按下按钮来控制推杆的膨胀和收缩,从而方便地完成整个领料过程。最后,在车上设置了多个站,实现多人、多角度的采集。(3)自动分拣。两个滑轮之间的角度是16度。苹果从扁平带掉到圆形带。苹果采用不同的间距,根据其在圆带上的直径,依次落入分选装置下的箱体中,简单地实现了分选包装的整体功能。2.4设备优势目前通过先进的组件和复杂的算法,如识别和定位,激光视觉识别和其他单选,这种方式是复杂的技术,低效率和高成本的研究成果。还有一些晃动的方法,只针对大型果园,对水果危害更大。与现有方法相比,该方法的优点如下:1)该装置可由多名工人同时采摘,只需控制两个开关来控制电动推杆,才能完成整个领料过程。红外传感器+机械爪实现自动拾取,有效地提高了拾取效率。(2)摄像机将图像传输到显示屏上,有效地解决了长时间提头的问题。(3)在加载过程中。3）在装

2.4设计方案

根据我国小规模水果生产的现状,考虑到农业机械的季节性、使用效率低、种植环境主要是丘陵和山区,设计了水果辅助收割机基于以下原则:小型化、制造成本低、移动灵活,适合各种生产环境使用;效率高,采摘速度快,至少不低于手动速度;力量,降低劳动强度。因此,水果辅助收割机采用集收获采集和运动调整相结合的设计,克服了传统手持式耗时费力的动作,并能调整全方位的动作,灵活收获,解决了高集的问题,并解决收集的问题。

收割机最大的特点是简单、方便、价格低廉,包括切割部件、手柄部件、连接部件和拉绳。切割部件包括固定刀片和可移动刀片。固定刀片的横截面近似为三角形。可移动刀片的末端在固定刀片的顶部铰接。可移动刀片具有夹紧边和切削刃。固定刀片主体设有导向销轴。手柄组件包括固定手柄和可移动手柄。固定手柄包括固定部分、中间部分和切削刃。手柄部分和可移动手柄在固定手柄上铰接。可移动手柄的相对侧和固定手柄的固定部分设有连接扣。固定手柄的固定部分在连接扣和固定部分之间设有复位弹簧。连接元件包括调节杆、过渡套筒和导杆。导杆的一端与固定手柄的固定部分连接。调节杆通过过渡套筒延伸到导杆中,并与固定手柄的固定部分平行。固定的是,拉绳的一端与可移动的刀片连接,拉绳的另一端与连接扣连接。苹果辅助收割机的总体设计如图2.3所示。水果辅助收割机主要由切割刀、通用支撑、转移收集袋、机械液压手杆、移动采集车和辅助视觉监控系统组成。

图2.3水果辅助采摘机总体设计图

Ｆｉｇ．2.3Ｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｄｉａｇｒａｍｏｆｆｒｕｉｔ－ａｓｓｉｓｔｅｄｐｉｃｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ１．后轮２．太阳能电池板３．收集网箱４．显示屏５．操作杆６．摄像头７．切割刀８．水果套口９．传送收集袋１０．万向支架１１．移动收集车１２．前轮

切割刀位于操作机构的顶部,用于切割水果枝条和采摘水果。果鞘位于切割刀下,并与输送收集袋连接,以覆盖从切割水果手柄掉落的水果。发送手机收集袋,送水果从水果夹克下降。切刀割断了水果柄,水果掉进了水果夹克里。水果由转移收集袋收集,然后通过转移收集袋转移到移动收集车辆的收集网箱中,然后自动落入水果箱,或手动收集并放入水果中箱。收集笼是接收掉落水果的装置。具有减震和防撞保护功能。它可以减少水果掉落的影响,保护水果。通用支架安装在移动收集器的左侧,由可伸缩支架和通用支架组成。可伸缩支架固定在收集车上,卡丹安装在支架顶部。通用支架的顶部配有操作杆。通用支架是操作杆调整的支点。通用支架是操作杆的调节器,用于实现操作杆的全面调整和扩展。通用支架的安装位置应便于操作杆的调整和水果的采摘。通用支架的可伸缩支架用于通过可伸缩调整来调整通用支架的高度。当使用采摘机的人的高度较高时,可以调整通用支撑高度,以方便采摘。当采摘机高度较短时,为便于采摘,可相应降低通用支架的高度,使采石机的高度与人的高度一致,采摘水果也很方便。转移收集袋由内袋和外袋组成。它协助完成水果的掉落,保护水果,防止它们被损坏,并完成收集。输送袋和收集袋的上端是一个水果夹克,也可以收缩。它可以连接到夹套杆上,并可用于将采摘好的水果输送到收集笼,并通过操作杆的扩展来防止掉落。

操作杆顶部配有摄像头,底部配有显示屏。它可以自由调整长度或旋转折叠杆。下部通过通用设备固定在通用支架的顶部。操作杆的末端是操作手柄。通过操作手柄,操纵杆围绕通用装置居中,从上到下360度灵活移动,以调整刀具位置。设置,瞄准要采摘的水果,完成采摘。同时,拾取杆还配备了切刀控制装置。通过控制操作杆的端部操作手柄,可以打开和关闭切割刀,可以切断要选择的水果手柄。然后水果掉进水果夹克里,完成采摘水果的工作。移动采集器是水果辅助收割机的主要部件。它不仅是水果辅助收割机的移动支点,也是水果收割机的采集和运输装置。本实用新型用于采集在高海拔地区掉落的采摘果实,并与采摘装置配合移动。移动集热器主体采用三轮结构,前两个轮子和后轮,使转向灵活稳定。在采摘过程中,机械手杆固定在移动集热器的普遍支撑上,可以大大降低工人在生产过程中的劳动强度。当操作杆的长度调整时,拾取点的位置可以通过通用装置来调整。当范围超过调节杆的范围时,可以通过移动收集器来调整拾取点的位置,以扩大采摘范围,使水果辅助采摘机能够达到任何位置,提高生产效率。此外,移动采集器还可以收集和运输水果,降低水果的劳动强度,节省时间和劳动。移动采集车配备水果收集网箱。采摘的水果通过收集袋放入水果收集网盒中,然后放入水果袋或水果盒中。收集水果的笼配有减震器,可以保护水果,防止掉落。水果收集网盒配备了计数和报警传感器,用于计数水果数量和警告,以方便采集。此外,移动集热器还配备了太阳能电池板和控制箱,用于为电池充电和为水果收割机供电。主要控制箱是电池和控制器,用于供电和控制。水果收割机控制系统由太阳能储存系统、电机驱动系统和视觉辅助系统组成。太阳能存储系统由太阳能电池板、存储和放电控制器以及电池组成。主要用于驱动系统的存储和供电。电机驱动系统主要用于调整杠杆的长度。视觉辅助系统由摄像机和显示器组成。摄像机安装在控制中继的上半部分,显示器安装在控制中继的下半部分。当枝叶繁茂或高度高的时候,直视看不清。视觉辅助系统可用于帮助观察水果的位置,便于采摘。其主要创新如下。1)在移动收集手推车设计的基础上,将机械手杆放置在固定在手推车上的通用支架上。通过手推车的运动和操纵杆的调整,可以根据保证全面到达、改善采摘工作条件、提高劳动效率的需要,在多个方向上自由调整手推车。自由灵活地移动,集采摘、采集、运输于一体。2)收集和输送袋采用大、小开口双环嵌套铁环结构。外圈可以用重力原理收缩。长度可分段调整,收缩方便。

2.4.1操作杆

自动伸缩杆的结构如图2.4所示。电源为10W直流伺服电机。电机由开关控制,减速机转速降低到500点。电机的输出轴通过联轴器与螺杆连接,外管底部通过推力球轴承与螺杆底部分离,以避免直接摩擦。当螺钉旋转时,会推动螺母沿垂直方向移动。螺母不能在导杆的约束下旋转,只能沿直线方向移动,使螺母将外管从内管中推出,达到自动膨胀的目的。选择梯形螺纹作为螺母螺纹,具有较高的传动效率。此外,选选器的螺母具有自锁功能。在选材时,为了减轻拾取器的重量,螺杆由铝合金制成。如图2所示,操纵杆的结构是水果收获机的关键部件。通过调整操纵杆的高度来选择不同高度的果实,可以改变操纵杆的长度。操作杆由切割刀、相应的伺服电机、伸缩杆组成。顶部设有拾取机构和视觉辅助系统的摄像头,底部配有视觉辅助系统的显示屏。切割控制电机和切割刀通过控制机架进行连接,切割刀由切割控制电机控制,完成切割。伸缩杆由内杆和外杆组成。内杆用伸缩架固定。伸缩电机固定在外杆上。伸缩电机与伸缩机架配合使用。伸缩杆由伸缩电机的旋转进行伸缩。操作杆的长度进行调整,以挑选不同高度的水果。操作杆通常设计为两个内层和外层,或根据需要设计为三层和三部分。机械手杆外杆的下部通过通用支点固定在支架顶部,通过调整机械手杆的末端完成拾取,可以灵活地移动机械手手柄。

图２.4操作杆结构图

Ｆｉｇ．２.4Ｏｐｅｒａｔｉｎｇｒｏｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ１．显示屏２．摄像头３．采摘机构４．联动开关５．操作杆６．操纵手柄７．齿条８．齿轮９．电机

2.4.2夹持式采摘机构设计

采摘手的结构设计夹紧手的结构如图2.5所示。采摘手的形状是根据苹果果实的形状和大小设计的,可以起到保持和固定的作用。首先,将采摘水果的人调整到合适的位置,以确保水果出现在采摘手的范围内。通过调节相应的控制设备，使采摘手进行采摘夹紧，然后,水果手柄被嵌入在水果采摘器顶部边缘的刀片切割下来。

图2.5夹持式采摘手

1.摘果器;2.轴套;3.滑块;4.闸线

采摘器杆长设计

假设在最初的情况下,套筒上部的长度为x+120(mm),套筒的下半部分为y(mm),如图2.6所示;在结束情况下,套筒上部的长度为X'+120(mm),套筒下部的长度为Y'(mm),如图2.7所示。

图2.6杆长初始位置情况图2.7杆长结束位置情况

刀片的力分析作用在刀片上的力如图2.8所示。根据数据,发现切断果实秸秆需要10N的力[2-3]。F1是垂直向下,大小未知;F2是垂直的杆,大小是未知的;F3是水平到外面,大小是10N。这三种力在同一点上收敛,形成一个封闭的直角三角形形式的平衡力系统。通过解决这个问题,F1的大小是1。76n,即由闸门提供的向下拉力。

图2.8刀片受力情况分析

2.4.3分拣结构

该系统主要由输送带、驱动装置、控制装置和其他硬件设备组成,如图2.9所示。垃圾桶(1)的功能是储存和运输水果原料到传送带。重量检测器(2)检测传送带传递的水果的重量,并通过气动阀(5)对水果进行排序。水分传感器(3)对输送带提供的水果进行含水量筛选,并通过气动阀(6)进行分类。水分传感器(4)对输送带输送的水果进行含水量筛选,并通过气动阀(7)进行分类。气动阀(5)、气动阀(6)和气动阀(7)均由软橡胶制成。

图2.9苹果分拣线的结构和组成

2.5收集袋

收集器的结构如图2.10所示。当苹果茎被切断时,它落入水果连接器,然后通过水果连接器的出口进入输送管。输送管道通过固定环与手持部分的固定杆连接,苹果通过输送管道进入背包收集篮。当苹果高速进入篮子时,还在后篮的入口处设计了一个弹簧缓冲板,这使得入口变小,达到了一级缓冲的效果。然后苹果落在覆盖着海绵的斜板上,达到二次缓冲效果,滚到收集篮的另一侧。缓冲液的设计可以有效地减少果实在收获过程中的损伤程度。通过使用背包收集篮,可以大大提高收获和采集水果的效率。转移收集袋如图3所示。它由收集袋和收集架组成,如图所示。它有助于完成水果的掉落,保护水果,防止碰撞和完成收集。收集袋由操作棒组成。收缩时,袋子的底部有外袋的最大口径和内袋的顶部。内袋可以嵌套在外袋中。外袋和内袋相互连接。同时,外袋和内袋由环结构支撑。内袋涂有中等铁环,铁环口径小于内袋和外袋。使用环结构的口径,使铁环可以包裹在内袋外,而不会滑出。同时,外袋的长度与操作棒外杆的长度相同。外袋通过钩子挂在外棍上,内袋的上口挂在内杆的顶部。当内杆被拉伸时,内袋被拉伸。当操作杆的内杆收缩时,只要操作杆的位置是垂直的,内袋在铁环重力的作用下会自动收缩。嵌套铁环的目的是利用重力实现内袋的自动收缩。铁环的重量应以收缩袋的重力为基础,不要太重。此外,为了实现收集袋的扩展,在操作杆上安装了一个钩子,以方便收集袋的附件,保持收集袋的基本垂直,并确保采摘的水果能够顺利掉落。它落入收集车的收集机制,然后落入水果盒或人工水果盒袋。嵌套铁环解决了普通收集袋操作棒膨胀时收集袋膨胀的问题。

图2.10传送收集袋原理图

Ｆｉｇ．2.10Ｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｂａｇｓｃｈｅｍａｔｉｃ１．套口２．内袋３．铁环４．外袋

2.6试验分析

根据设计原理,制作了水果辅助采摘机的样机,如图2.11所示。本机主要采摘1.7米以上的水果,并利用机器在更高的层次上解决采摘水果的问题。2017年10月,进行了苹果和梨收获实验,并与人工收获进行了比较。实验中随机抽取了一个苹果园和一个梨园。根据邻区的不同,选择了十棵果树作为收获方法。实验数据如表1所示。表中的数据是指实验的平均数据。因为它是随机选择的,所以不能保证数据可以在其他果园中完全复制。此测试仅用于验证收割机的性能和优点。传统采摘是指使用自动扶梯或传统的采摘方法。单次使用辅助收割机是指单次使用我们的辅助收割机进行采摘。两个人使用辅助收割机意味着两个人使用一个简单的辅助收割机一起收割。不使用工具意味着直接在地面上采摘。采摘率是指果树的收获率。质量是指完整的收获速度,没有损坏。实验在两天内对同一个人进行,获得的数据存在一定误差,但并不影响我们的实验目的。

图2.11水果辅助采摘机

Ｆｉｇ．2.11Ｆｒｕｉｔ－ａｓｓｉｓｔｅｄｐｉｃｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ

通过对表1中实验数据的分析,我们可以确认,在不使用工具的情况下,只能完成一部分水果收获。对于苹果树来说,由于苹果树的短,传统的收获方法基本上可以完成收获,平均收获率可以达到99%以上,只有在较高的水平上才能收获。虽然苹果树相对较短,但苹果树的平均采摘率只有30%以上,即使是20%的大树,如果不使用工具直接采摘苹果树,也无法实现。采摘率可以达到100%,因为采摘机的操作杆可以调整长度,无论是单独使用还是与两个人合作使用。在其他方面,收获率与苹果树相似。从以上分析中可以看出,收割机的采摘率较高,任何高度都可以采摘,因此使用采摘水果的工具是更好的选择。从收获的质量上看,手工收割机和使用收割机差别不大。毕竟,它只是辅助收割机,但手动收割机仍然比使用收割机要好。两人收割机优于单人收割机,两人合作可以提高水果质量。收获后的长运输过程对果实品质有影响。从以上分析可以看出,使用收割机采摘对水果质量影响不大。。

表１苹果采摘实验

据采采速度数据的分析,人工效率会随着时间的推移而降低,采摘机的使用也会下降,但下降速度缓慢,这符合人类活动的规律,也反映了辅助装置的作用。采摘机可以节省劳动力。与传统的人工采摘相比,水果辅助采摘机的单人采摘速度可以达到传统采摘速度的2倍左右。如果是两人合作采摘,单人采摘速度的水果辅助采摘机可以达到2.5倍的传统采摘速度。因为在采摘过程中,苹果需要避免相互碰撞,单采摘需要同时采摘,这不利于水果收割机的速度。如果两个人合作,一个人采摘,一个人收集,水果辅助收割机的省时省力的优势可以充分发挥,效率更高。因此,实验数据证明,该水果收割机具有良好的功能、合理的设计和较高的应用价值。

第三章结论

针对我国小型农园采摘的不便、批量分拣的难度和效率低下等问题,设计了选果机及其分拣系统,需要进一步研究。如果有其他操作功能,如修剪、喷洒农药等,达到多用途极点,降低成本,将大大提高其通用性。。

致谢

时光飞逝，终于到了论文定稿的这一刻。虽然文章显得有些粗糙，但毕竟凝聚了自己的心血，在此谨向曾经关心、帮助、支持和鼓励我的老师、同事、同学、亲人和朋友们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福衷心感谢我的导师谢铁兔。老师对我两年来的学习、生活给予了悉心的关怀，在本论文的开题、写作、修改、定稿方面更是给予了悉心指导和匠心点拨，论文凝结着导师的汗水和心血。在这两年多的学习和生活过程中，我要向老师们表示衷心的感谢是他们给了我热情的关怀、支持和帮助，使我得以顺利完成学业。同时，衷心感谢我的父母、家人以及和我一起学习的各位同学，是他们在我学习和论文写作过程中，给予我了莫大的支持和鼓励。

最后，再一次感谢所有关心和支持我的人们，我一定会用所学知识更好地做好本职工作来报答你们。

参考文献

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[2]段文婷，何家成，彭铜杰，等．便携电动式水果采摘机设计［Ｊ］．中国农机化学报，２０１５，３６（１）：４８－４９，５８．

[3]张文斌．手动摘梨机的设计［Ｊ］．中国农机化学报，２０１６，３７（２）：５３－５６．ＺｈａｎｇＷｅｎｂｉｎ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｕａｌｐｉｃｋｉｎｇｐｅａｒｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１６，３７（２）：５３－５６．

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