全自动水果包装机的设计

全自动水果包装机的设计刘瑞歌;宋锋;刘雪涛【摘要】针对市场对水果的包装需求，设计了一款集筛选、包装、计数、装箱为一体的全自动水果包装机.以STM32单片机为主控芯片，运用双路继电器、光电开关等传感器件,与电机、舵机和液晶显示屏完美配合，实现了人机交互、实时显示.给出了包装机的机械结构及工作原理，详细说明了关键部件机械手和切割装置的具体实现方法，以及控制系统的软件设计.该产品适用于任何需要进行网套包装的水果，节省人力物力，具有推广应用价值.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷)，期】2017(046)009【总页数】4页(P79-81,127)【关键词】机械手;网套;切割;包装;单片机【作者】刘瑞歌;宋锋浏雪涛【作者单位】滨州学院机电工程学院仙东滨州256603;滨州学院机电工程学院仙东滨州256603;滨州学院机电工程学院仙东滨州I256603【正文语种】中文【中图分类】TS255.35随着市场经济的发展，消费者不仅需要农民在选择培育优质水果方面舍得花本钱、下工夫，而且在包装方面也要特别重视起来，使得水果包装越来越迎合消费需求[1-2]。为了减少运输中由于碰撞和挤压对水果造成的损伤，塑料发泡网套在水果包装特别是单果包装中应用非常广泛［3］。目前水果网套包装采用人工方式，存在以下问题：（1）包装时需要很大的场地进行水果的摆放，逐个将其进行包装；（2）为了提高效率，需要大量的劳动力；（3）包装完的水果还要对其进行计数封箱，对劳动力又有了进一步的需求；（4）由于要逐个进行网套，所以包装前需借助机械设备将网套进行切割；（5）包装过程中经手拿捏，容易造成水果损伤［4］。为了克服以上不足，提出一种全自动水果包装机，该水果包装机体积小巧，实用性强，能对水果的大小进行筛选，然后进行网套包装，并且还能定数装箱。传送带以及机械手等装置装有防跌碰泡棉，保证水果在包装过程中不受损伤。另外，工作时只需两个开关按钮控制，简单易操作，并且可在果园下直接工作，方便果农对水果的收获包装，节省了人力、物力，具有推广应用价值［5］。全自动水果包装机主要由可移动支架、传动机构、检测机构、动力系统、控制系统以及其他辅助部件组成。可移动支架采用方形钢管焊接而成，保证了此系统的稳定性。转向轮采用直径为35mm的橡胶防滑自锁万向轮，保证包装机在搬运过程中的灵活性。传动机构主要由24V减速电机、链轮、链条、传送带、传送轴、光电开关组成。传送机构最前方装有光电开关，当有水果经过传送带便停止转动，等待水果包装完毕再进行运转进行下一个水果的包装。控制系统以STM32单片机为主控芯片，运用双路继电器、光电开关等传感器件，与电机、舵机和液晶显示屏完美配合，实现水果的筛选、包装、计数和装箱。该系统功能特点是通过两个按钮开关来控制整个系统的工作，通过液晶屏幕实时显示系统的工作状态，方便快捷、人机交互性好、简单易操作。整体结构如图1所示。2.1切割装置切割丝工作由舵机控制图2（b）中的切割手转动，切割装置采用12V200图2（a）所示的切割丝，切割丝通过导线与电源正负极短接，瞬间产生高温，能将网套瞬间切断并且边缘整齐，将含有水果的网套截成合适的长度完成水果的包装。此装置因为高温所以不能长时间通电，采用独立开关进行控制，当光电开关检测到水果进入机械手时，电阻丝开关开启进行通电切割丝才进行工作，切割装置如图2所示。该全自动水果包装机的机械运动部分由3个24V减速电机、3个光电开关、机械手、舵机、切割丝、链条、齿轮、传送带、传送轴等组成。水果放在传送带上，上传送带带动水果进入用弹性泡棉（防止水果损伤的弹性棉料）包裹的水果滑道，滑道上套装有网套，利用水果自身的重力自行落入网套内，网套的下端是用弹性泡棉包裹的机械手，水果下落时机械手是合并的夹在网套的最下端，当检测到水果到达机械手内部后，舵机开始带动切割丝进行工作，将此段网套切割，完成一个水果的包装，包装完毕机械手下降带着水果到达下传送带上端然后机械手打开将包装好的水果放到下传送带，下传送带带动水果进入箱子内，之后机械手上升到达被切割完的网套下端夹住网套向下运动将网套带下，使网套到达上一个水果包装时的起始位置，上传送带再次进行工作，带动下一个水果进行运动，进行循环包装，直到盒子内达到所需要的水果数目。2.2机械手装置机械手是由舵机、铁皮、高弹泡棉组成。舵机控制机械手张与闭，高弹泡面是防止在机械手承接水果时水果受到损伤。机械手是根据实际来制作的，上方开口较大能很好地保证接住水果，辅助水果顺利进入网套。机械手升降装置主要由固定铰支座、光轴、丝杠、联轴器、24V减速电机、滑道、滑块、光电开关等部件组成，当减速电机运转时会带动联轴器和丝钢转动，从而控制机械手的升降，光电开关控制机械手停靠位置，第一^水果包装完后，机械手会上升，上升后机械手闭合夹住网套然后向下运动到达起始位置，继续进行水果包装以此来完成循环包装。2.3控制系统设计（1）单片机的选择与论证方案一：凌阳公司的16位单片机。该单片机是16位控制器，具有体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单、具有语音处理、运算速度快等优点，但凌阳公司的单片机编程规则与传统的单片机大不相同，并且I/O口数量相对于其他单片机来说较少［6］。方案二：ATMEL公司的AT89s52作为系统的控制器。AT89s52单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，成本低，被各个领域广泛应用。但是51系列单片机RAM、ROM等资源少，外围模块少，指令周期长。方案三：采用STM32单片机作为系统的控制器。STM32系列产品得益于Cortex-M3在架构上进行的多项改进，包括提升性能的同时又提高了代码密度的Thumb-2指令集和大幅度提高中断响应的紧耦合嵌套向量中断控制器，所有新功能都同时具有业界最优的功耗水平。经过综合考虑，STM32单片机可以满足题目要求，所以选择方案三。（2） 检测模块的选择为实现包装工作的准确性，必须保证数据的时时传输，且传输信号准确，反应快，特选用光电开关。光电开关有三个。第一个安装在上传送带的尽头也就是水果下落到滑倒的入口处，主要控制上传送带的运转停止以及记录水果经过的个数；第二个安装在下传送带的起始偏上位置，主要控制机械手到此停止等待工作；第三个安装在第二个上方距其18cm处，并且高度可调，主要功能是控制机械手到此停止，完成继第一个水果以后的包装。（3） 控制系统软件设计以STM32单片机作为控制核心，通过红外光电开关、减速电机和液晶显示器等元件，设计了自助水果包装机的控制系统。实现了对水果包装、检测计数、装箱等功能，提高了工作效率，减轻了果农的负担。该系统操作简单，性价比高。当使用人员使用该系统时，只需同时开动24V/12V钮子开关然后系统将自行工作，工作人员可以根据12864液晶显示器的显示辨别该系统正在进行的工作，以及每箱需要放置水果的个数，当个数达到时更换水果箱，进行下一箱包装。程序流程图如图3所示。切割和机械手控制部分C语言程序核心代码如下：该水果包装机以STM32单片机为控制芯片，利用双路继电器、光电开关等传感器件，与电机、舵机和液晶显示屏完美配合，实现了智能控制。该包装机具有以下特点./\\\・(1)体积小巧，实用性强，集筛选、包装、计数、装箱为一体；机械化网套包装替代传统的人为包装方式，实现了流水化水果包装；对包装的水果进行计数，在保证尺寸和数量的情况下对水果进行装箱；移动电池组，无需固定电源，可在任何场地进行工作。独特的机械结构与电气控制相互配合，实现了包装的自动化。跟传统手工包装比较，更多地节省了水果包装的时间。另夕卜包装的传送带以及机械手等装置都有防跌碰泡棉以防水果的损伤。此包装机对水果的包装质量有很好的保证，工作时只有两个总开关控制，可在果园下直接工作，方便果农对水果的收获包装。该包装机简单易操作，具有广阔的应用前景。【相关文献】［1］屈能胜.我国食品包装机械发展综述［门轻工机械，2005,23(2).1-3.［2］吴双.果蔬自动包装机的设计与开发［D］.杭州：浙江农林大学，2014.［3］ 彭宝良，胡志超，吕小莲，等.我国农产品加工装备产业概况与发展［J］.中国农机化学报，2013,34(1).12-16.［4］