小型菠萝采摘装置设计.docx

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小型菠萝采摘装置设计

摘要

近年来我国菠萝种植面积、产量及单产稳定增加,但品种结构比较单一。

我国菠萝研究多集中在栽培、生理生化及加工利用等方面,资源利用、选育种等研究相对较少;且栽培、生理及加工利用方面研究多为简单的栽培技术及加工工艺,对其相关的机理机制缺乏进一步的研究[1]。

目前国内对菠萝的采摘主要以人工为主，而国外的菠萝采摘方式则由简易采摘器发展到振摇式采摘机械,再到后来的切割式采摘机，虽然该装置可在一定程度减少工人的劳动强度，但这种采摘机仍有值得改进的地方，所以研究一台自动化采摘菠萝的装置具有重要的研究意义。

本设计将以菠萝采摘为研究对象，对菠萝采摘机的机械结构进行设计，实现以机器为主，人工为辅的方式的菠萝自动化采摘过程，通过对传动结构和驱动方式的对比和选择，选择滚珠丝杠传动为最佳传动方案，对电机、丝杠结构进行选型和设计，根据各轴的移动速度，对支撑丝杠的轴承进行选型与寿命计算。

为菠萝采摘机的可行性提供保障，从而实现高效灵活的菠萝自动化采摘，保证了采摘质量、提高了采摘效率、降低了农业从事者的劳动强度。

关键词：

菠萝采摘；自动化；滚珠丝杠；铰接；高效率

Abstract

Inrecentyears,theplantingarea,yieldandyieldofpineapplehaveincreasedsteadilyinChina,butthevarietystructureisrelativelysingle.InChina,pineappleresearchismostlyfocusedoncultivation,physiology,biochemistry,processingandutilization,whileresourcesutilization,breedingandotherresearcharerelativelyfew;andcultivation,physiologyandprocessingandutilizationaremostlysimplecultivationtechniquesandprocessingtechnology,andtherelatedmechanismislackoffurtherresearch[1].Atpresent,thedomesticpineapplepickingismainlymanual,whiletheforeignpineapplepickingmethodhasdevelopedfromsimplepickertovibrationpickingmachine,andthentothelatercuttingpickingmachine.Althoughthedevicecanreducethelaborintensityofworkerstoacertainextent,therearestillsomeimprovementsinthispickingmachine,soitisimportanttostudyanautomaticpineapplepickingdevice.Researchsignificance.

Thisdesignwilltakepineapplepickingastheresearchobject,designthemechanicalstructureofpineapplepickingmachine,realizetheautomaticpickingprocessofpineappleinthewayofmachine-basedandmanual-assisted.Throughcomparingandchoosingthetransmissionstructureanddrivingmode,choosetheballscrewdriveasthebesttransmissionscheme,selectanddesignthemotorandscrewstructure,accordingtothemovingspeedofeachaxis.Thebearingtypeselectionandlifecalculationofsupportingscrewarecarriedout.Itprovidesguaranteeforthefeasibilityofpineappleharvester,realizesefficientandflexibleautomaticpineappleharvesting,guaranteesthequalityofpicking,improvestheefficiencyofpicking,andreducesthelaborintensityofagriculturalworkers.

Keywords:

pineapplepicking;automation;ballscrew;articulation;highefficiency

引言

国外由简易采摘器发展到振摇式采摘机械,再到后来的切割式采摘机,这种采摘机活动不够灵活,运动较为局限且需要经过专门的培训；而且我国南方果园多以丘陵山区地带为主,坡地地形限制了机械化的发展,国外的采摘机不适合国内，且工时花费和作业危险性相比平地也更为突出。

这时小巧灵活的机器自然就成为菠萝采摘的首选，且无需操作者懂得机械还要经过专门培训。

本设计将以菠萝采摘为研究对象，对菠萝采摘机的机械结构进行设计，实现以机器为主，人工为辅的方式的菠萝自动化采摘过程，通过对传动结构和驱动方式的对比和选择，选择最优的传动方案，并根据菠萝采摘机构实际的负载，对电机、丝杠结构进行选型设计，为菠萝采摘机的可行性提供保障，从而实现高效灵活的菠萝自动化采摘，保证了采摘质量、提高了采摘效率、降低了农业从事者的劳动强度。

第1章绪论

1.1选题的背景

目前我国对菠萝的采摘主要以人工为主，而国外的菠萝采摘则由简易采摘器发展到振摇式采摘机械,再到后来的切割式采摘机[12],虽然该装置可在一定程度减少工人的劳动强度，但这种采摘机活动不够灵活,运动较为局限，且需要经过专门的培训；我国南方果园多以丘陵山区地带为主,坡地地形限制了机械化的发展,国外的采摘机不适合国内，且工时花费和作业危险性相比平地也更为突出。

这时方便操作且符合我国现状的机器自然就成为菠萝采摘的首选。

1.2目的和意义

（1）机械辅助人工：

由于大多数菠萝种植地，杂乱无章大型机器又或是小型自动化小车很难进入实地采摘，使用这些器械不仅没有降低成本还很有可能破坏果实，反倒将成本提高了。

为此我们设计了。

（2）降低劳动强度、提高采摘效率：

用简单的机械结构完成水果采摘任务，保证采摘质量、提高采摘效率、降低劳动强度。

设计的主要目的就是要能在现实生活中帮助到人们，能为人们服务。

主要是节约劳动时间，提高工效和劳动生产率，提高农产品单产的质量，着重于提高土地生产率。

（3）解决水果采摘质量和菠萝倒刺人手直接接触容易受伤的问题，且在此机械结构上添加背带支撑杆等辅助结构收集及搬运水果，保证采摘质量、提高运输效率、保护操作人员，使劳动更加方便、简单、快捷。

（4）此设计不仅不同于完全的机械手杠杆夹紧结构，还能实现自转扭动果实。

本设计采用了包括菠萝果实夹紧机构、手臂支持机构以及将上述机构联接的中间机构的机械结构，工作可靠简单、采摘效率高、适应性大、经济耐用，采摘可实现能够保护菠萝果实的完好性，后续无需再加工，节省采摘成本。

1.3本文研究的主要内容

菠萝采摘目前主要靠人工完成，采摘时由于菠萝带刺增加了人工采摘了不便，收集也是靠人工完成，效率低下。

我国南方果园多以丘陵山区地带为主,坡地地形限制了机械化的发展,且工时花费和作业危险性相比平地也更为突出。

我国南方果园多以丘陵山区地带为主,坡地地形限制了机械化的发展,且工时花费和作业危险性相比平地也更为突出。

本毕业设计，拟设计一种小型菠萝采摘装置，将菠萝采摘和收集实现机械化，解决目前菠萝采摘和收集人工进行，效率低的问题。

使设计装置简单实用，使用及维护成本不高。

1.4拟解决的主要问题和最终目标及意义

用简单的机械结构完成水果采摘任务，保证采摘质量、提高采摘效率、降低劳动强度。

解决水果采摘质量和菠萝倒刺人手直接接触容易受伤的问题。

世面上已有的菠萝采摘机械，虽然实现了自动化，但是行动太缓慢，耗能太大，仍有许多可以改进的地方，希望能做出改变，将采摘现场的自动化更上一层楼。

现国内已发明的菠萝采摘机，虽然已实现自动化，但效率低，耗能偏高，投入大量生产的产出值低于预期，且对使用场地有限制，而我们的仿生式菠萝采摘装置在这个问题上解决的比较好一些。

我国现在大部分地区果农的经济以及文化程度这类产品是最合适不过，一点得到了认同，在很快的时间内就可投入大批量生产。

且产品在一定程度上降低采摘成本和采摘耗时，减轻了果农的劳动压力、提高了劳动效率。

1.5论文创新点

1、结构创新

不同于完全的机械手杠杆夹紧结构，还能实现自转扭动果实。

本设计采用了包括菠萝果实夹紧机构、手臂支持机构以及将上述机构联接的中间机构的机械结构，工作可靠简单、采摘效率高、适应性大、经济耐用，采摘可实现能够保护菠萝果实的完好性，后续无需再加工，节省采摘成本。

2、功能创新

仿人手夹子机构，在将菠萝推进到两侧拧断收获机构中间时，可以将倾斜的菠萝果实的姿态调整至竖直状态，使菠萝与夹子的接触面最大，增大摩擦力，同时使扭转拧断动作更顺畅，快速的将菠萝果实拧断[13]。

1.6菠萝采摘机的初步设计方案及其优势

1、初步方案设计

（1）手扶拖拉机式半自动菠萝采摘机：

这种结构主要通过人手扶车进入菠萝果地，采摘精准度低，并且如此暴力的采摘容易伤害果实，难以保证果实的完整。

（2）履带式机械手切割采摘机：

这种结构基本可实现自动化，通过履带小车进入菠萝地，识别系统确定菠萝果实后，前端机械手伸出夹住菠萝，在机械手下端安装有圆盘式切刀，切刀此时开始转动将菠萝切下。

但基本实现自动化，比较困难。

（3）仿生式菠萝采摘装置：

作为辅助式采摘，仿人手扭转结构设计，不同于完全的机械手杠杆夹紧结构，还能实现自转扭动果实；旋转结构牢固高效，运用复合运动机构，牢固又高效的实现定角度转动。

2、设计方案的优势

（1）结构简单：

连杆机构控制爪子开合、空间凸轮结构改变运动方式变平动为转动。

（2）成本较低：

因设计机构简单、体积小，造物成本较低，适合于大多数果农。

（3）复合运动：

运用复合运动机构，牢固又高效的实现定角度转动。

（4）没有环境限制：

作为辅助式工具无论是何种采摘环境均可进入。

（5）没有人员限制：

无论是谁都能轻松操作，无需接受专业训练。

第2章总体方案设计

2.1总体方案设计

由于菠萝的特殊生长方式（果实在上，果柄在下，如图2-1所示），在采摘菠萝果实时，需要设计夹紧机构和扭转机构对菠萝进行采摘，同时为考虑菠萝采摘的人工和自动化相结合，拟设计一种沿菠萝种植地行间小路人工驱动菠萝车行走，由传感器感知菠萝具体位置，告知操作人员停车，通过传感器引导菠萝采摘机构实现自动化采摘并自动投放至菠萝箱内的方案。

图2-1菠萝生长方式

在操作人员推动菠萝车过程中，传感器告知操作人员时，操作人员控制菠萝车停下，此时机械手正对着菠萝，及机械手与菠萝轴向