一种组合式水果采摘器的设计毕业论文Word格式.docx

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由于多功能模块的存在可以代替多数园艺工具大大降低成本，因此既适用于山区个体户又可用于大规模果园作业，同时，该水果采摘器还具有结构简单，容易操作，降低劳动强度等优点。

关键词：

多功能组合式水果采摘园艺工具

ABSTRACT

Inthefruitproductioncycle,fruitpickingisalongandarduouswork.Inordertoalleviatethissituation,avarietyoffruitpickingdeviceshavebeenpublishedsuccessively.However,becausethepickeriscentralizedandtime-consumingonlyformaturefruits,itcausesthefruitpickertobeidleforalongtime.Inordertoalleviatethiskindofsituation,amultifunctionalcombinedfruitpickerisdesigned.Thefruitpickergetsridofthelimitationthatitcanonlyworkonfruitpicking.Themultifunctionalexecutionunitmoduleendowsthepickerwithavarietyofgardenoperationswhilepickingfruits,whichgreatlyfillsthevacuumperiodofthetraditionalfruitpickerinthefruitproductioncycle.Thefruitpickerhasasimplestructureandiseasytooperate.Asthemultifunctionalmodulecanreplacemostgardeningtoolsandgreatlyreducethecost,thefruitpickerisnotonlysuitableforself-employedpeopleinmountainareasbutalsosuitablefororchardoperations.

Keywords:

multifunctioncombinedfruitpickinggarden--tools

引言

如今水果的需求随着人们生活质量的提高在不断增大，这也使水果种植面积不断扩大。

水果生产的整个周期可大致分和收获期，其中收获期占真个水果生产周期的50%左右，而在这时间中，需要集中投入大量人力进行采摘收获，为此人们前前后后的推出形形色色的水果采摘装置。

这些采摘装置无不列外的提高了人们采摘效率，但是由于采摘时间一般都集中在果实成熟的时间，时间相对比较密集，这也导致了水果采摘器将会有段很长的闲置期。

在长时间的闲置中大大提高了水果采摘器整体损伤的风险。

考虑到水果采摘器不仅仅局限于采摘收获，还能填充水果生产周期中水果为成熟的真空期，并且结合经济适用性一种全新水果采摘装置，区别于常规采摘装置，该装置能完成除水果采摘以外的多种作业，逐步代替园艺工。

第一章绪论

1.1设计背景

随着社会经济的不断发展，人民生活质量的不断提高，人们对于水果需求量逐渐增大，这也导致了水果种植数量的的扩大，大到千亩土地的果园、大棚。

小到个体散户院子门口的果树。

同时，在经济利益的带动下，很多果农在很多地形不规则不平整的地段也开始进行水果种植。

在水果生产的整个周期中,收获采摘是最耗费时力的一项工作。

收获采摘期间需投入的劳动力总的来说可占整周期的50%左右。

可以说收获采摘具有很强的时效性,是典型的劳动密集型的工作[1]。

而目前果园的采摘形式主要有三种：

其一是手工采摘，其二是机械全自动采摘，三则是机械辅助半自动采摘[2]。

机械全自动采收就是用机器人代替人工进行采摘工作[3]。

由于我国并不是所有地区的果园都处于地势平坦，起伏不高，地形简单，所有目前不适合采用机器人代替人工进行采摘作业，同时考虑效率以及经济性问题，因此目前南部地区果园多数是采用机械辅助半自动采收的方式进行采摘。

受到地形的问题在水果采摘上大部分还是采用人力采摘。

为了方便采摘，市面上也出现了许许多多种类的采摘器。

由于水果从发芽，生长，成熟周期比较长，同时成熟期的时间相比较水果的整个周期过于短暂，导致水果采摘器的作业周期短而且集中，这样难免造成水果采摘器将会具有一个很长的真空期，而且目前市面上的水果采摘器都属于一体式，拆卸保养困难，并且若是局部损坏则会导致的整体报废。

长时间的闲置若是不及时保养也难免出现控制不灵等问题，从而大大增加了成本。

结合经济性实用性，设计一款简单的多功能可更换机械辅助装置，保证水果在成熟期的正常采摘作业，做到省力，无伤水果，同时又可以随时更换多功能组合模块以此来填充水果未成熟的真空期。

区别于传统水果采摘器，该机械辅助装置由于存在多功能可更换多功能组合模块，可以自由更换，方便快捷不仅满足了成熟期的水果采摘，又可以代替其他园林工具完成园林工作，降低局部损坏造成的整体报废风险，增加实用性的同时大大降低了成本。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究状况

在水果生产的整个过程里，存在着，植物保护、施肥、修剪树枝、采摘收获等几个环节[4]。

这些环节多需要投入较大的人力物力来完成。

其中采摘收获在这个过程中既要消耗大量的时间还要消耗过多的人力。

为了改善这些现象，20世纪40年代初期，在法国率先出现了半机械式人工操作的简易采摘器;

20世纪40年代中期，美国也开始了水果采摘的研究，这种是以振摇的方式来实现大规模的水果采摘；

随后的30年间，伴着摇振式机械的广泛使用，衍生出了种类繁多的撞击式水果采摘器；

20世纪70年代末期，计算机技术和自动控制技术的发展与普及，各种采摘方式的机械开始问世，水果采摘机械逐步向着自动化程度更农业机器人方向发展[5]。

目前,国外对水果采摘器的研究主要是以采摘机器人为主[6]。

1968年文献首次提出了机器人采摘技术,限于当时的技术水平,最早的机器人采收属于半自动化的采收方式。

采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置四大系统组成[7]。

末端执行器endeffector[8]采用仿生学设计，模拟了采摘工人的手，手抓在数量外形上与果实有着密切关系。

在采摘过程中，机器人大多数用爪直接将果梗弄断。

机器人的控制元件controlelement[9]可以将抓手调整到最利于采摘的位置。

就机器人而言，果实识别以及定位是采摘机器的核心也是突破点，这关系到其采摘效率。

国外对于采摘机器人的研究主要针对以下几个方面:

更高精度的视觉定位技术Visualpositioningtechnology[10];

便于避障的机械手和末端;

采摘机器人的实用性和利用率,可以用于多功能作业。

所以国外多数采用机器人以振摇式、撞击式和切割式[11]，如图1-1,1-2所示行作业。

图1-1振摇式采摘车

图1-2仿真采摘机器人

1.2.2国内研究现状

相比较于国外，国内大型果园不及国外，个体经营户居多，再有全国大大小小的果园并不是都处于地势缓和的地段，所以合适的采摘器械少之又少，而且在危险系数上也是尤为突出。

由于国内环境的多变复杂，采摘机器人未能普及，在视觉识别与自走系统方面还存在一定的待开发性，距离全面普及还存在一定的距离，因此国内现阶段大多采用机械辅助的方式。

目前国内常见的机械助力式主要分为三类:

刀片辅助采摘、电动辅助采摘、拉拽式辅助采摘[12]如图1-3，1-4所示。

图1-3刀片辅助式图1-4拉拽辅助式

这三种类型的采摘器有各种的优缺点，刀片式辅助采摘是通过手柄监控拉线从而控制刀片，使果柄在刀具的作用下与果树本体分离。

[13]电动式主要则是由电动机驱动有剪切功能的机械元件，电路元件在剪切的机构上，当水果接触剪切的机械元件时完成剪切，使水果分离，这类产品技术先进，制造成本过高，操作不便，维护成本也过高，对一般的水果采摘适用性不强[14]。

拉拽式一般有两种，一种是利用手柄控制拉线从而控制采摘头，头上一般装有手抓，将水果固定后利用人力将水果拽下，另一类则是没有抓手也没有手柄，取而代之是卡槽，同样将水果卡入卡槽固定然后通过人力拽下，这类采摘器采摘容易扯断树枝和损伤水果的问题，而且炒作不方便，效率也低，费时费力，适合小量的水果采摘[15]。

1.3本章小结

通过对国内外采摘器的研究调查我们发现了一些问题，相较于国内，国外的水果采摘器倾向于智能化，这类机器作业针对性强，往往只能采摘一种水果，而且体型也非常庞大，维护起来十分不便,局部损坏容易造成主体设备的瘫痪。

而国内的大型果园不及国外，个体散户居多，果实采摘作业发散性比国外更大，加上南方多为丘陵，如若采用智能化采摘危险性也会增加。

总的来说，采摘装置加快采摘效率的同时也减轻了人力的消耗，虽然水果生产周期中，水果采摘占到总周期的一半以上，但是成熟后开始采摘的时间过于集中，往往在一周的时间左右，所以不管国内还是国外的水果采摘装置都将面临长时间的闲置，长时间的闲置不用带来的不仅仅是成本问题，还会对采摘机械本身造成损害。

第二章主要部件设计

2.1总体结构以及原理

整个设计方向可大致如图2-1所示

图2-1水果采摘器设计方向

总体结构可以分为头，中，尾三个部分。

该装置的头部则多功能组合式执行模块，中部是可以伸缩的传动杆部分，尾部是操作手柄。

三者可分开成单独个体也可通过螺纹连接成整体进行作业。

整体作业时，通过尾部的操作手柄接受按压动作，在收到力的作用后，传动机构绕固定点位做垂直伸缩运动，拉动可动块做伸缩运动，而尾部可动块通过螺纹与传动杆或执行模块相连带动该部分的可动块做伸缩运动。

而中部传动杆由于受到一端可动块的牵引致使另外一端固定块上方的弹簧可动块做运动，由于复位弹簧的存在，回位得以快速完成。

2.2组合式执行模块

在设计组合式执行模块时需要注意满足如图2-2所示

图2-2组合式执行模块功能示意

2.2.1采摘执行模块

在设计采摘器执行端时，考虑到质量轻，强度高，不易损伤果实，操作简单以及便于更换和拆卸等几个因素。

基于这些因素考虑，主体结构采用铝合金材料制作，一些受力较小或者不受力的部件则采用工程塑料，收纳结构采用尼龙材料，从而最大限度的减轻质量。

该装置可分为水果定位机构，刀具，以及传动机构和水果收纳结构几个部分组成。

定位机构是一个U型凹槽，其一侧是锯齿以免果梗滑出采摘器。

其中选用2.5mm的不锈钢刀安装在水果定位卡槽的上方，通过传动机构与底部滑块相连。

为了避免刀具卡死所以安装了弹簧使刀具回弹方便。

收纳结构由套环和收纳袋构成，其中收纳袋采用具有压缩弹簧或弹性带等缓冲结构,以避免在多个水果落入时碰撞损伤。

因为考虑