“剪式伸縮”水果采摘器設(shè)計(jì)

楊廣文　劉必強(qiáng)　鄒華杰　張維　宋建

【摘 要】針對(duì)高空采摘水果的現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于“剪式伸縮”方法的水果采摘器。該裝置能有效解決高空水果采摘時(shí)快速現(xiàn)實(shí)水果定位的問(wèn)題，采用保護(hù)裝置能避免水果表皮損傷，從而提高采摘效率以及水果質(zhì)量。方便果農(nóng)進(jìn)行高空水果采摘，推進(jìn)機(jī)械化在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】水果；采摘；剪式伸縮；定位

中圖分類號(hào)： S225.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）31-0012-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.006

【Abstract】Aiming at the shortcomings of the prior art for picking fruits at high altitude， a fruit picker based on the “scissor stretching” method is proposed. The device can effectively solve the problem of rapid and realistic fruit positioning during high-altitude fruit picking， and the protection device can avoid fruit skin damage， thereby improving picking efficiency and fruit quality. It is convenient for fruit farmers to carry out high-altitude fruit picking and there is promoting the application of mechanization in agricultural development.

【Key words】Fruit； Picking； Scissor-type Telescopic； Positioning

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)農(nóng)業(yè)也在不斷地朝機(jī)械化方向發(fā)展。目前，高空摘水果一般都是人工采摘，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，水果從高空采摘下來(lái)?yè)p壞的很多，而且高空人工采摘危險(xiǎn)系數(shù)較大。另外，現(xiàn)有高空摘果工具，雖然解決了不需攀高摘果，但在高空視野不清條件下，很難快速實(shí)現(xiàn)水果定位，這就給采摘帶來(lái)很多的不便，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且會(huì)經(jīng)常碰傷水果，造成水果外皮損傷，不利于水果的出售和保存。

本文研究中將對(duì)現(xiàn)有采摘剪切裝置進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)快速定位并提高其工作效率，以解決目前市面上采摘器械工作效率和利用率低的問(wèn)題。采摘器應(yīng)不損傷水果，有利于對(duì)水果的收集且收納、攜帶方便。

1 水果采摘器的現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有的高空水果采摘器產(chǎn)品的種類很多，根據(jù)其剪切果柄的方式不同，大致可分為三種：剪刀式[1-2]、拉拽式[3-4]和旋轉(zhuǎn)式[5]。剪刀式水果采摘器是利用剪刀剪斷果柄；拉拽式水果采摘器是通過(guò)拉拽水果使果柄處斷裂；旋轉(zhuǎn)式水果采摘器是通過(guò)旋轉(zhuǎn)水果而使之在果柄處斷裂。

現(xiàn)有的水果采摘裝置主要存在問(wèn)題如下：（1）定位效果差。旋轉(zhuǎn)式水果采摘器需要事先將水果牢牢抓住后才能旋轉(zhuǎn)果柄，而剪刀式水果采摘器需要將果柄置于剪刀內(nèi)后才能剪切，在高空視野不清條件下，很難快速實(shí)現(xiàn)水果定位。

（2）損傷可能性大。拉拽式水果采摘器是通過(guò)強(qiáng)行拉拽而折斷果柄，在這個(gè)過(guò)程中不能保證僅果柄斷裂點(diǎn)，有可能會(huì)使水果在根部損傷。旋轉(zhuǎn)式水果采摘器牢牢抓住水果會(huì)對(duì)水果產(chǎn)生擠壓，從而使水果損傷。剪刀式水果采摘器因剪刀裸露在外部，可能會(huì)使刀刃劃傷水果表皮。

（3）采摘效率低。旋轉(zhuǎn)式和剪刀式水果采摘器在水果定位時(shí)消耗時(shí)間長(zhǎng)，另外使用旋轉(zhuǎn)式水果采摘器過(guò)程復(fù)雜，操作步驟多，都會(huì)使得采摘效率低。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的“剪式伸縮”水果采摘器，如圖1所示，主要由剪切機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、保護(hù)機(jī)構(gòu)、落袋機(jī)構(gòu)、長(zhǎng)桿、短桿、連接器、遙柄以及彈簧等組成。剪切機(jī)構(gòu)、保護(hù)機(jī)構(gòu)以及落到機(jī)構(gòu)安裝在短桿上，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在長(zhǎng)桿上，長(zhǎng)桿與短桿由連接器連接且能成一定角度。

其工作原理如下：當(dāng)水果處于四邊形框中時(shí)，搖動(dòng)遙柄或者啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)連接繩，經(jīng)滑輪后，拉動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)，使其在水平方向上伸長(zhǎng)且垂直方向收縮，并壓縮彈簧，當(dāng)上下兩端閉合后形成剪切力，剪斷水果柄后掉入落袋機(jī)構(gòu)，并從末端滾出，完成剪切任務(wù)后，松動(dòng)遙柄或電機(jī)，壓縮后的彈簧恢復(fù)到平衡形狀，推動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿與短桿之間的角度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)高空特殊位置水果的采摘。

2.1 剪切機(jī)構(gòu)

剪切機(jī)構(gòu)示意圖如圖2所示。由2片普通刀片和2片鋸齒刀片所組成，普通刀片與鋸齒刀片兩端都有圓孔，將其相鄰排列，形成一個(gè)平行四邊形，并通過(guò)銷將其固定。通過(guò)銷1使其安裝在保護(hù)裝置上，通過(guò)銷2與連接繩進(jìn)行連接。連接繩拉動(dòng)銷2，使得刀片向中間合攏，最終形成剪切。剪切機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程如圖3所示，分為初始狀態(tài)，中間狀態(tài)及剪切狀態(tài)。

2.2 保護(hù)裝置

保護(hù)裝置示意圖如圖4所示。包含上蓋和下蓋，剪切機(jī)構(gòu)安裝在上蓋與下蓋中間，通過(guò)圓柱銷與盲孔的配合將上、下蓋合緊，通孔用來(lái)與銷1連接，固定剪切機(jī)構(gòu)位置。剪切機(jī)構(gòu)處于保護(hù)裝置內(nèi)，對(duì)初始狀態(tài)的剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行遮蓋，避免刀刃劃傷水果表皮，起到保護(hù)水果作用。

2.3 落袋機(jī)構(gòu)

落袋機(jī)構(gòu)示意圖如圖5所示。安裝在剪切機(jī)構(gòu)正下方，水果由入口端掉入后，沿網(wǎng)兜緩緩滑落，最后從出口端滾出。調(diào)節(jié)圈可調(diào)節(jié)該處網(wǎng)兜尺寸大小，用于減緩水果滑落速度。

2.4 角度調(diào)整裝置

角度調(diào)整裝置示意圖如圖6所示。通過(guò)安裝孔與長(zhǎng)桿連接固定，而通過(guò)轉(zhuǎn)向孔與短桿連接固定。短桿與長(zhǎng)桿之間的角度共有3個(gè)工作位，分別為0°、30°、60°，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)角度，方便對(duì)特殊位置的水果進(jìn)行采摘。

2.5 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖7所示。由滾輪、遙柄以及外殼組成。外殼安裝固定在長(zhǎng)桿上，連接繩末端固定在滾輪上，并通過(guò)手動(dòng)搖動(dòng)遙柄（亦也電機(jī)驅(qū)動(dòng)），驅(qū)動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使連接繩纏繞在滾輪上，最終帶動(dòng)剪切機(jī)構(gòu)移動(dòng)，驅(qū)使刀片合攏，形成切削力。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的水果采摘器，采用基于“剪式伸縮”原理的剪切機(jī)構(gòu)，應(yīng)用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)采摘。創(chuàng)新特色如下：（1）采用基于“剪式伸縮”原理的剪切機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在高空視野下對(duì)水果的快速定位。（2）設(shè)計(jì)一種剪切保護(hù)裝置，避免水果被刀頭擦傷表皮，保障水果質(zhì)量。應(yīng)用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)采摘，豐富機(jī)電一體化產(chǎn)品種類。其不僅可以有效減輕采摘者的勞動(dòng)強(qiáng)度，采摘效率高，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

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