水果采摘收集裝置優(yōu)化設(shè)計

水果采摘收集裝置優(yōu)化設(shè)計 【摘要】目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主，不僅效率低、勞動量大，而且容易造成果實的損傷。如果人手不夠，不能及時采摘還會導致經(jīng)濟上的損失。針對這種現(xiàn)狀，提出輔助人工采摘的解決方案，優(yōu)化設(shè)計一種半自動水果采摘裝置，通過遙控器可實現(xiàn)遠程控制水果采摘、收集、裝箱一體化，有效降低人力成本、減少果實損傷，使采摘更高效方便?！娟P(guān)鍵詞】水果采摘；收集；優(yōu)化設(shè)計1前言目前，在大多數(shù)果園和農(nóng)場的水果的采摘多數(shù)為人工采摘，消耗極大的人力和時間；有時也會使用一些水果采摘裝置，如目前市場銷售的水果采摘裝置大多數(shù)為伸縮桿剪刀式，伸縮桿在伸長狀態(tài)下，手持的力非常大，致使果農(nóng)在水果采摘過程中使用此工具消耗大量的體力和時間，而且采摘后對水果的收集非常的不方便，同時降低了采摘的效率。2水果采摘收集裝置方案設(shè)計結(jié)合目前已有的采摘裝置結(jié)構(gòu)以及采摘缺陷，設(shè)計一種基于遙控控制的半自動水果采摘裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離操作、遠距離機械采摘、水果的自動裝箱等多種功能。水果采摘裝置主要由收集車、遙控器、收集筐、控制箱、轉(zhuǎn)盤、電動伸縮桿、絲杠螺母升降機構(gòu)、采摘爪、收集軟管等部分組成，主要分為四個模塊：采摘爪結(jié)構(gòu)設(shè)計、水果自動裝箱機構(gòu)設(shè)計、采摘車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計以及控制系統(tǒng)四個部分。3水果采摘收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1采摘車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計采摘車底盤主要包括小車底盤、聯(lián)動支架以及小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。收集車的底部一端設(shè)置有水平放置且通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動的支承軸，另一端設(shè)置有萬向輪；所述支承軸兩端分別設(shè)置有主動輪；所述收集車上還設(shè)置有控制萬向輪方向的控制電機。采摘桿通過設(shè)置在收集車上的轉(zhuǎn)盤可調(diào)節(jié)采摘任意角度，設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的絲杠螺母升降機構(gòu)可以調(diào)節(jié)采摘的高度。3.2采摘爪結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到采摘水果的自適應問題，采摘收集裝置采用彈性爪采摘，彈性爪包括至少三組上端固定連接的內(nèi)夾片1和外夾片2、多個設(shè)置在內(nèi)夾片1與外夾片2之間上下間隔放置的彈性圈3、放置在電動伸縮桿5上端且與電動伸縮桿5同軸放置的直線電機4、設(shè)置在直線電機4輸出端且螺紋連接的螺母73；三片所述外夾片2的下端圓周均勻地放置在電動伸縮桿5的頭部邊緣；三片所述內(nèi)夾片1的下端圓周均勻的設(shè)置在螺母上；所述電動伸縮桿5的頭部在彈性爪的正下方設(shè)置有收集軟管6。3.3裝箱機構(gòu)設(shè)計水果裝箱機構(gòu)的機械部分包括Y軸光軸1、放料機構(gòu)2、X軸光軸3Y軸直線模組4、Y軸支撐架5、X軸直線模組6、X軸支撐架7、紙箱8等結(jié)構(gòu)。水果裝箱機構(gòu)如圖4所示，X軸支撐架上設(shè)置水平X軸直線模組和X軸直線光軸，使設(shè)在其上的Y軸支撐架能平穩(wěn)運行，Y軸支撐架上水平設(shè)置有Y軸直線模組和Y軸光軸，使設(shè)在其上的放料機構(gòu)能平穩(wěn)運行，放料機構(gòu)內(nèi)設(shè)置有Z軸直線模組和Z軸光軸，裝箱機構(gòu)設(shè)置有獨立的電路系統(tǒng)，能實現(xiàn)對水果的準確裝箱。工作時，采摘好的水果通過軟管落入放料機構(gòu)，放料機構(gòu)將水果放入箱子的第一個格子中，隨即電機工作，將放料機構(gòu)移動到箱子下一個空格正上方，依次運動，實現(xiàn)了對采摘后的水果精準裝箱，逐層排列，提高了水果裝箱的效率。通過放料機構(gòu)對水果的逐個擺放，有效的保護了水果，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。3.4控制電路設(shè)計水果采摘裝置主要由手動控制和自動控制系統(tǒng)組成，控制要求如下：（1）能夠用遙控器控制采摘車的移動。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)采摘桿上下，左右和伸縮運動。（3）轉(zhuǎn)向電機、旋轉(zhuǎn)電機、升降電機和伸縮電機要有限位開關(guān)控制。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)采摘頭刀片對水果枝的切斷，且要求刀片能夠調(diào)節(jié)速。（5）蘋果落下時要求能夠?qū)μO果自動識別。（6）裝箱機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)開機自動回到初始位置，自動裝箱。且能夠手動調(diào)節(jié)裝箱機構(gòu)橫軸和縱軸電機工作。采摘水果時手動控制遙控器發(fā)出信號，接收器接收到后給出信號，相應繼電器工作，電機得電工作。手動控制主要控制水果采摘器的底盤驅(qū)動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、收縮機構(gòu)和刀片電機的旋轉(zhuǎn)。手動控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。自動裝箱機構(gòu)要求能夠?qū)崿F(xiàn)對水果自動裝箱，當有水果落下時觸發(fā)光電傳感器，等待2S后收集裝置由初始位置移動到位置2，收集裝置移動到觸發(fā)第二位置金屬傳感器后停止。收集裝置按照此方式運動，對水果進行裝箱。當移動到最后一格位置時收集裝置回到初始位置進行第二層的裝箱。該收集箱一層可以收集20個水果，每層可容納個數(shù)和層數(shù)可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)滿足果農(nóng)需要。當水果收集裝置需要微調(diào)或手動移動時，可以調(diào)節(jié)按鈕1-4實現(xiàn)縱軸電機和橫向電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，為了工作信號的穩(wěn)定，受到的干擾小，傳感器和單片機之間用光耦隔離器進行隔離。3.5水果采摘裝置總體結(jié)構(gòu)通過對采摘車、采摘爪、水果收集裝置設(shè)計，以及水果采摘控制設(shè)計，實現(xiàn)了水果半自動采摘收集裝置，如圖7所示。水果采摘收集裝置通過設(shè)置在收集車上的轉(zhuǎn)盤可調(diào)節(jié)采摘的任意角度；水平設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上的絲杠螺母升降機構(gòu)可以調(diào)節(jié)采摘的高度；水果采摘收集裝置適用于大多數(shù)果園的水果采摘，同時采用彈性爪，既可以適應不同大小的水果的采摘，也可以防止水果采摘時被損壞；此外，水果采摘收集裝置采用機械和電子結(jié)合，通過電控制水果的采摘和收集，大大節(jié)省了采摘的時間，提高了采摘的效率。半自動水果采摘收集裝置采用彈性爪結(jié)構(gòu)來自適應。支撐彈性爪的是一個伸縮桿，伸縮桿通過電機帶動絲杠螺母的轉(zhuǎn)動來達到升降的功能，在伸縮桿的下方是一個電機控制的圓盤底座和升降桿，用于固定伸縮桿和控制爪子的方位。最后，底部是一個控制小車，用于水果的運放和收集。整個機構(gòu)全部用電機控制，機電結(jié)合，通過遙控器控制整個機器。4總結(jié)針對目前水果采摘困難的問題，優(yōu)化設(shè)計半自動采摘裝置，通過分別對水果采摘裝置采摘爪結(jié)構(gòu)、水果自動裝箱機構(gòu)、采摘車底盤結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)四個部分的設(shè)計，可以實現(xiàn)通過遙控器控制水果采摘、收集和裝箱一體化，節(jié)省采摘時間，有效降低果農(nóng)人力成本，減少果實損傷，使采摘更高效方便。