一款輔助型人工蘋果采摘器的設(shè)計(jì)

一款輔助型人工蘋果采摘器的設(shè)計(jì)孔盛杰;龐豪杰;賴鑫盧;胡詩(shī)怡;蔡英杰【期刊名稱】《《南方農(nóng)機(jī)》》【年(卷)，期】2019(050)015【總頁(yè)數(shù)】1頁(yè)(P69)【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè);緩沖裝置;機(jī)械手;蘋果采摘器【作者】孑L盛杰;龐豪杰;賴鑫盧;胡詩(shī)怡;蔡英杰【作者單位】浙江師范大學(xué)浙江金華321004【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】S225.931研制背景及意義就目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)的人力成本正在大幅提高，勢(shì)必會(huì)有一場(chǎng)輔助采摘型機(jī)械手替代普通人工的工業(yè)革命。反觀目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)可以直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上考慮都是十分必要的。機(jī)械手是有機(jī)械控制的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的裝置，它是一種新型的裝置，并且已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)利用機(jī)械手爪，有效地解決了農(nóng)民在摘果時(shí)，長(zhǎng)期持續(xù)一個(gè)系列動(dòng)作造成對(duì)身體上的傷害以及降低了摘果難度。現(xiàn)實(shí)中有許多不可忽視的問(wèn)題，結(jié)合國(guó)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與國(guó)內(nèi)果農(nóng)現(xiàn)況，閱讀有關(guān)技術(shù)資料，包括果樹情況等，輔助型人工蘋果采摘器設(shè)計(jì)主體思路是一種手持、輕便，人工推動(dòng)小車、拉動(dòng)伸縮桿以及電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手二合一的輔助型人工采摘水果的摘果裝置。被機(jī)械手采摘下的水果通過(guò)減速管道落入小車中，減少了水果在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，落到小車中的一瞬間產(chǎn)生的動(dòng)力勢(shì)能，減輕了水果的表面碰撞問(wèn)題［1］。從而保護(hù)了果品的表面完好度，在一定程度上也能提高水果的市場(chǎng)價(jià)值。2采摘裝置的組成部分2.1鋁合金桿鋁合金桿起著連接的作用，人體身高有限，采摘果子往往面臨著高度太高的問(wèn)題，為了摘到果子往往需要借助梯子之類的工具來(lái)幫忙。而我們的鋁合金桿連接人手和果子的距離，主要由三節(jié)長(zhǎng)度相同，直徑不同的桿子組成，通過(guò)連接處的塑料接口調(diào)節(jié)滿意長(zhǎng)度。2.2傳輸管道我們利用滌綸化纖材質(zhì)的網(wǎng)洞布制作出來(lái)了具有緩沖性能的裝置的管道，因?yàn)闇p少了人力之后就要考慮到果子掉落下來(lái)的加速度的作用，比如蘋果這個(gè)水果，很容易因?yàn)樗俣冗^(guò)快導(dǎo)致表皮破損之類的問(wèn)題，這些問(wèn)題容易導(dǎo)致都是蘋果產(chǎn)量和銷量的降低，所以我們?cè)诳紤]到這些之后就設(shè)置階梯式下落環(huán)節(jié)［2］。2.3運(yùn)輸車考慮到小車需要承受整臺(tái)設(shè)備的大部分重量，所以采用鋼架焊接結(jié)構(gòu)，在保證牢固的同時(shí)，大大節(jié)約了制造成本。超大容量，能夠裝入較多的果實(shí)。手把處可360°旋轉(zhuǎn)，使得爬樓不需彎腰，更加省力。從果農(nóng)切身實(shí)際考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩類輪子，其中一類用于上樓梯，三角設(shè)計(jì)能有效減少上樓所需的力；另外一類用于走泥地。同時(shí)小車具有折疊功能，既方便攜帶又節(jié)省空間。2.4仿生柔性機(jī)械手我們考慮到了普通機(jī)械手可能要人為抓緊，用剪刀可能會(huì)產(chǎn)生無(wú)法對(duì)準(zhǔn)枝條的情況，選擇采用使力更為便捷的機(jī)械手來(lái)代替剪刀模塊，但是普通的機(jī)械手又有可能會(huì)使力過(guò)猛導(dǎo)致果子破損，我們便用柔性的手爪代替其他硬質(zhì)的手爪，做到可以在使用較大力氣的同時(shí)保證果子的完整，較低損壞的概率，從而提高整體的效率和效益［3］。3產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)及其市場(chǎng)應(yīng)用1） 本產(chǎn)品的伸縮裝置皆可拆卸使用，在存放方面比一般的摘果器來(lái)說(shuō)更加便攜，更加節(jié)省空間。我們之前了解到國(guó)夕卜很多農(nóng)場(chǎng)的摘果器雖然摘果子的效率普遍較高，但是往往整個(gè)體積較大，不方便控制和擺放，在較小的莊園里面也很難有用武之地，面對(duì)的群體過(guò)小，我們的產(chǎn)品相比較而言，受眾更廣，制作成本也更加低。2） 抓取目標(biāo)從蘋果枝改成蘋果，更加方便易得。我們?cè)诠麍@里實(shí)地考察的時(shí)候，看到很多枝都是隱藏在樹木之間，沒有這么容易瞄準(zhǔn)，而我們將目標(biāo)放大，改成蘋果，則更加容易擊中，增加了整體的效率［4］。3） 利用仿生機(jī)械手代替了以往的剪切結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將極小的目標(biāo)蘋果枝轉(zhuǎn)換成較大的目標(biāo)蘋果本身，讓人們更加容易摘下果子，我們采用聚氨酯類的材質(zhì)制作出了鰭條效應(yīng)仿生手爪比以往比較硬的普通手爪更容易保護(hù)果子的表皮，此外，我們還有考慮到三角具有穩(wěn)定性，我們?cè)O(shè)計(jì)出了三爪的結(jié)構(gòu)來(lái)保證在節(jié)省材料的同時(shí)可以穩(wěn)定抓住果子。4） 在管道中設(shè)置了類比于階梯式的下落環(huán)節(jié)作為緩沖裝置，保證蘋果掉落在每個(gè)階梯上的速度一定，幾乎為零，保證我們的蘋果比別人的蘋果下落的速度小，不僅防止蘋果與小車的撞擊，更加避免了蘋果與蘋果之間的撞擊。4結(jié)語(yǔ)輔助型人工蘋果采摘器是面向中小型果樹種植戶的設(shè)計(jì)，基于價(jià)格低廉，果農(nóng)容易接受，且操作簡(jiǎn)單、方便，又在許多的地方有著不可替代的作用為理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。輔助型人工蘋果采摘器對(duì)于果農(nóng)來(lái)說(shuō)是一筆巨大的財(cái)富，在操作的過(guò)程中使用此機(jī)械手，既可以方便地把果實(shí)采摘下來(lái)，又解決了農(nóng)業(yè)中人工摘果效率低、果樹高、摘果困難等一系列問(wèn)題。此外還能在一定程度上提高水果的市場(chǎng)價(jià)值。因此，本作品能夠?yàn)楣r(nóng)帶來(lái)方便，也能給市場(chǎng)帶來(lái)很大的實(shí)用價(jià)值和良好的社會(huì)效益?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】錢文池，張俊，吳紅靜，等.多功能蝶式蘋果采摘器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2019，32(1):135-136+140.童欣，黃智鴻，杜珂，等.重力下落雙"V”型爪蘋果采摘器的研制[J].機(jī)電信息，2018(18):56-57.