水果采摘收集装置优化设计

2022-09-21 16:17:17 来源:写作指导

【摘要】目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主,不仅效率低、劳动量大,而且容易造成果实的损伤。如果人手不够,不能及时采摘还会导致经济上的损失。针对这种现状,提出辅助人工采摘的解决方案,优化设计一种半自动水果采摘装置,通过遥控器可实现远程控制水果采摘、收集、装箱一体化,有效降低人力成本、减少果实损伤,使采摘更高效方便。

【关键词】水果采摘;收集;优化设计

1前言

目前,在大多数果园和农场的水果的采摘多数为人工采摘,消耗极大的人力和时间;有时也会使用一些水果采摘装置,如目前市场销售的水果采摘装置大多数为伸缩杆剪刀式,伸缩杆在伸长状态下,手持的力非常大,致使果农在水果采摘过程中使用此工具消耗大量的体力和时间,而且采摘后对水果的收集非常的不方便,同时降低了采摘的效率。

2水果采摘收集装置方案设计

结合目前已有的采摘装置结构以及采摘缺陷,设计一种基于遥控控制的半自动水果采摘装置,能够实现远距离操作、远距离机械采摘、水果的自动装箱等多种功能。水果采摘装置主要由收集车、遥控器、收集筐、控制箱、转盘、电动伸缩杆、丝杠螺母升降机构、采摘爪、收集软管等部分组成,主要分为四个模块:采摘爪结构设计、水果自动装箱机构设计、采摘车底盘结构设计以及控制系统四个部分。

3水果采摘收集装置结构设计

3.1采摘车底盘结构设计

采摘车底盘主要包括小车底盘、联动支架以及小车转向机构。收集车的底部一端设置有水平放置且通过齿轮传动机构驱动的支承轴,另一端设置有万向轮;所述支承轴两端分别设置有主动轮;所述收集车上还设置有控制万向轮方向的控制电机。采摘杆通过设置在收集车上的转盘可调节采摘任意角度,设置在转盘上的丝杠螺母升降机构可以调节采摘的高度。

3.2采摘爪结构设计

考虑到采摘水果的自适应问题,采摘收集装置采用弹性爪采摘,弹性爪包括至少三组上端固定连接的内夹片1和外夹片2、多个设置在内夹片1与外夹片2之间上下间隔放置的弹性圈3、放置在电动伸缩杆5上端且与电动伸缩杆5同轴放置的直线电机4、设置在直线电机4输出端且螺纹连接的螺母73;三片所述外夹片2的下端圆周均匀地放置在电动伸缩杆5的头部边缘;三片所述内夹片1的下端圆周均匀的设置在螺母上;所述电动伸缩杆5的头部在弹性爪的正下方设置有收集软管6。

3.3装箱机构设计

水果装箱机构的机械部分包括Y轴光轴1、放料机构2、X轴光轴3Y轴直线模组4、Y轴支撑架5、X轴直线模组6、X轴支撑架7、纸箱8等结构。水果装箱机构如图4所示,X轴支撑架上设置水平X轴直线模组和X轴直线光轴,使设在其上的Y轴支撑架能平稳运行,Y轴支撑架上水平设置有Y轴直线模组和Y轴光轴,使设在其上的放料机构能平稳运行,放料机构内设置有Z轴直线模组和Z轴光轴,装箱机构设置有独立的电路系统,能实现对水果的准确装箱。工作时,采摘好的水果通过软管落入放料机构,放料机构将水果放入箱子的第一个格子中,随即电机工作,将放料机构移动到箱子下一个空格正上方,依次运动,实现了对采摘后的水果精准装箱,逐层排列,提高了水果装箱的效率。通过放料机构对水果的逐个摆放,有效的保护了水果,结构简单,使用方便。

3.4控制电路设计

水果采摘装置主要由手动控制和自动控制系统组成,控制要求如下:(1)能够用遥控器控制采摘车的移动。(2)能够实现采摘杆上下,左右和伸缩运动。(3)转向电机、旋转电机、升降电机和伸缩电机要有限位开关控制。(4)能够实现采摘头刀片对水果枝的切断,且要求刀片能够调节速。(5)苹果落下时要求能够对苹果自动识别。(6)装箱机构能够实现开机自动回到初始位置,自动装箱。且能够手动调节装箱机构横轴和纵轴电机工作。采摘水果时手动控制遥控器发出信号,接收器接收到后给出信号,相应继电器工作,电机得电工作。手动控制主要控制水果采摘器的底盘驱动机构、旋转机构、升降机构、收缩机构和刀片电机的旋转。手动控制系统示意图如图5所示。自动装箱机构要求能够实现对水果自动装箱,当有水果落下时触发光电传感器,等待2S后收集装置由初始位置移动到位置2,收集装置移动到触发第二位置金属传感器后停止。收集装置按照此方式运动,对水果进行装箱。当移动到最后一格位置时收集装置回到初始位置进行第二层的装箱。该收集箱一层可以收集20个水果,每层可容纳个数和层数可以根据需要进行调节满足果农需要。当水果收集装置需要微调或手动移动时,可以调节按钮1-4实现纵轴电机和横向电机的正转和反转,为了工作信号的稳定,受到的干扰小,传感器和单片机之间用光耦隔离器进行隔离。

3.5水果采摘装置总体结构

通过对采摘车、采摘爪、水果收集装置设计,以及水果采摘控制设计,实现了水果半自动采摘收集装置,如图7所示。水果采摘收集装置通过设置在收集车上的转盘可调节采摘的任意角度;水平设置在转盘上的丝杠螺母升降机构可以调节采摘的高度;水果采摘收集装置适用于大多数果园的水果采摘,同时采用弹性爪,既可以适应不同大小的水果的采摘,也可以防止水果采摘时被损坏;此外,水果采摘收集装置采用机械和电子结合,通过电控制水果的采摘和收集,大大节省了采摘的时间,提高了采摘的效率。半自动水果采摘收集装置采用弹性爪结构来自适应。支撑弹性爪的是一个伸缩杆,伸缩杆通过电机带动丝杠螺母的转动来达到升降的功能,在伸缩杆的下方是一个电机控制的圆盘底座和升降杆,用于固定伸缩杆和控制爪子的方位。最后,底部是一个控制小车,用于水果的运放和收集。整个机构全部用电机控制,机电结合,通过遥控器控制整个机器。

4总结

针对目前水果采摘困难的问题,优化设计半自动采摘装置,通过分别对水果采摘装置采摘爪结构、水果自动装箱机构、采摘车底盘结构以及控制系统四个部分的设计,可以实现通过遥控器控制水果采摘、收集和装箱一体化,节省采摘时间,有效降低果农人力成本,减少果实损伤,使采摘更高效方便。

作者:赵海燕 王立江 张北大 赵经纬 单位:苏州市职业大学机电工程学院