苹果采摘机的设计

摘要：本文通过对采摘机的设计同时介绍了采摘机械的发展历史、种类、工作原理及其主要参数。并详细的分析了苹果采摘机的构成、以及采摘机的日常维护和基本安全操作规程，并分析了采摘机的日常检修及其常见故障分析。通过自身的实践，更加的认识到对采摘机专业理论知识的学习，提高操作技能，了解采摘机的内部构造，大概了解机的采摘观运用，叙述了利用传统的方法、结合先进的知识、科学的逻辑思维方法来客观的阐述分析苹果采摘机出现的一系列缺点以及设计的心得体会。并对苹果采摘机的未来发展前景有着很好的憧憬。

关键词：苹果；苹果采摘机；农业机械

中图分类号:TD451 文献标识码：A

0引言

苹果原产欧洲中部、东南部，中亚西亚以及中国新疆。苹果（Apple），是常见的水果之一。苹果树属于蔷薇科，落叶乔木，叶椭圆形，有锯齿。其果实球形，味甜，口感爽脆，且富含丰富的营养，是世界四大水果之冠。苹果通常为红色，不过也有黄色和绿色。苹果是一种低热量食物，每100克只产生60千卡热量。苹果中营养成份可溶性大，易被人体吸收，故有“活水”之称，其有利于溶解硫元素，使皮肤润滑柔嫩。

中国是世界上最大的苹果生产国和消费国，苹果种植面积和产量均占世界总量的40%以上，在世界苹果产业中占有重要地位。苹果消费市场主要为鲜果和加工制品,鲜食的比例高达90%,加工制品仅占10%左右。为保证苹果的品质,适时采摘是我国苹果产业的重中之重。采摘工作量繁重与劳动力的缺乏使得适时采摘变得越来越困难。

采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，果品采摘作业是水果生产 链中最耗时、最费力的一个环节。故此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。采摘作业非常复杂，目前，国内水果采摘作业基本上都是人工 进行，其费用约占成本的50%-70%，并且时间较为集中。采摘机作为农业机器的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生 产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。

1总体设计思路

作为毕业设计的研究课题，考虑到个人搜集、整理信息的局限，本设计致力形成完整的设计理念，不确保每个工作部分在任何工作环境下均可长时间、全负荷工作。

本设计致力于，苹果采摘机械的机械结构的设计与选型，完整的采摘机器包括机械部分和控制部分，设计过程难点是空间点的定位，与捕捉点的路径控制与模拟，机械结构的选择，造型设计等。本设计的动力主要源于一台功率足够大的柴油发动机提供，保障苹果输送、机车移动，通过皮带传送和齿轮传动实现动力传输。苹果通过机械手抓取实现采摘过程，通关过输送装置实现轻柔装筐等工作。

1.1设计原理

机械手接受控制中心信号，机械手在拟定路径上移动，抓取目标苹果，手臂收缩将抓取果实放置在导流盘内，苹果经过导流盘以适当的速度进入输送装置，经提升到达装筐输送机构，装筐输送机构相对于输送装置反向转动，承接板承接苹果使其落于毛刷上再进入果筐，实现轻柔装筐，保障苹果损伤较小。

1.2设计总体结构

苹果采摘机的总体结构示意图，如图1所示。

苹果采摘机械手是整个机械部分的核心部件，难点在于机械手造型设计，以及机械手抓取方式、移动方式的设计。此处机械手手指选型，利用仿生学原理，以及连杆机构，模拟人手抓取动作，手指内测均贴有力学传感器应变片，向计算机控制中心实时反馈接触果实部位受力变化，方便计算机运算，判断并控制机械手舒张量。根据来自百度百科的数据，苹果直径一般在60—85mm，因此，机械手的抓取最大直径设计标准不小于100mm,以确保可以抓取绝大多数成熟苹果果实。

机械手臂设计，仿生学难度较大，故而舍弃，那么为了能够实现平移以及上下、左右等空间运动，在我现在的知识层次水平上，考虑使用机械滑台，以机车前进方向为正方向，实现手臂上下、左右，配合机车前进或者后退，运用运动合成与分解原理（理论力学）实现机械手在有限三维空间的运动。

采摘机构动力传输主要依靠异步步进电机实现，丝杆滑台由一台小功率直线步进电机，两台较大功率步进电机控制，机械手抓取与舒张由一台丝杆直线步进电机通过牵动丝杆套沿轴向往复运动驱动机械手手指握紧与舒张。

苹果定位装置设计主要结合角度传感器，视频摄像头，物理伸缩杆，计算机运算模拟控制，最终实现三维空间坐标系的建立，运用伽利略坐标变换等知识原理，寻找机械手臂抓取果实的最优路径。

图1苹果采摘机的总体结构示意图

1、后桥  2、机车机架 3、换向小带轮  4、苹果倒流盘 5、机械滑台 6、机械手 7、大带轮8、装筐输送机构9、机械手II   10、大直齿锥齿轮 11、小直齿锥齿轮 12、齿轮箱  13、换向大带轮  14、调节臂15、纵向输送机构 16、柴油发动机 17、转向液压缸 18、制动液压缸 19、前轮 20、万向联轴器传动轴