果实采摘机械手的创新设计

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1、万方数据2009年7月农机化研究第7期果实采摘机械手的创新设计金旭星(无锡职业技术学院机械系。江苏无锡214121)摘要：果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手，是一种为解决人们采摘高处果实难而创新设计的工具。为此，对果实采摘机械手进行了创新设计。该机械手结构轻巧，操作灵便；采用齿形剪．定位精度高；能进行自动分级采摘，避免了二次分拣；果实大小的界限、采摘高度范围均可自行调节，多方得益，市场前景广阔。关键词：果实；采摘机械手；创新设计中图分类号：TP241．3；THl2文献标识码：A文章编号：1003-188X(2009)07-0139—030引言我国

2、是多类型水果生产大国，但浪费严重，除贮藏、运输等因素外，缺乏有效的采摘器械而造成的采摘效率低下也是一个重要原因。目前，各国政府为增强地方经济，正相继开发大量旅游投资项目，纷纷举办各种采摘节，如苹果节、桃子节等，吸引了大量游客到果园采摘旅游，享受采摘的乐趣。如果能提供一种轻巧灵便的果实摘采器，不但会让游客增添采摘乐趣，而且保障了游客的安全及保护了果农的果树不受损坏。另外，果农可以少打矮壮素等农药，生产出更多的无公害果子，减少投入和污染，游客可以品尝到更新鲜卫生的水果。本文拟研究的果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手，是解决人们采摘高处果实难的工具，其

3、最终目标是在确保果实不受物理损伤的前提下，提高劳动效率及消除高空作业的危险性。据多方调研，市场上尚未开发出相关产品，主要是大众对这方面的需求重视程度不够，本文的研究成果在第二届江苏省大学生机械创新设计大赛获奖，在整个调研、设计、制作过程中，课题组积极挖掘拓展了机械手的其余功能，并在不懈努力中取得了成功。1剪切功能的实现1．1功能原理分析要实现剪切果实的功能，可以有多种功能原理实现，如吸附式、抓拉式、剪切式等。各种功能原理的特收稿日期：2∞8一10—1l作者简介：金旭星(1971一)，男，浙江金华人，讲师，(E—marl)jinxux-ing@163．

4、corno点比较，如表1所示。表1功能原理及特点Tab．1Functionprincipleandcharacteristic综合表1，选剪切式功能原理最为合适。1．2运动规律设计要形成剪切运动，可以选择两种运动规律：一是让两刀片相对滑动而相切；二是让两刀片相对转动而相切。由于动力源离执行机构相距较远，且刀片的移动方向应接近水平，而动力输人应是竖直的，如图1(a)所示。而对于实现两刀片相对转动这一要求，无论动力输入是移动还是转动，都可直接与执行机构灵活对接，不受运动方位限制。因此，选用两刀片相对转动的运动规律较为合适，如图l(b)所示。1．3运动构型

5、设计如前所述，可确定动力由动力源直接远距离输送至执行机构，使活动刀片相对固定刀片转动。课题组成员敏锐地捕捉到普通自行车的刹车装置，如图2所示。以此构型作为驱动机构，不但简便快捷、效率高，而且易于实现剪切。2分级功能的实现2．1功能原理分析欲实现分级功能，功能原理比较多，不过单纯从机械机构上考虑，主要有两种选择：一是按照果实的质量来确定；二是按照果实的最大直径衡量。众所周·139·万方数据2009年7月农机化研究第7期知，人们买卖果实、评定价格均以后者为依据，前者则是果实筛选流水线上的首选，所以确定以后者为依据展开设计。口卜一j!!兰竺竺兰竺型日(a)

6、输入与输出的方位关系锯齿状弧型(b)转动剪图I运动规律设计Fig．1Desi印0fmove眦ntrule支捧杆可调环f≮gi杆圆柱钠图2驱动机构ng．211．eaettlati∞mnlcture2．2运动规律设计显然欲使果实被剪切后自动实现分级回料，必须设置两个果实出口，以分别回落大、小果实。鉴于采摘效率量，设计要求只允许一个动作，是一个严峻考验。以下是设计过程中的两个主要方案。1)设想一：以活动剪与固定剪相交前让其自动“感应”果实大小，若为大果实，则大果实出口开启，而关闭小果实出口；若为小果实，则开启小果实出口，关闭大果实出口。驱动原理，如图2所示

7、。若要完成上述运动规律，杠杆原理为首推方案。令活动分级板与活动剪联动，活动分级板初始位置关闭小出口。并随者活动剪的移动向大出口摆动。该方案简单明了，易于设计，如图3所示。但因活动分级板位置与活动剪位置相距较远，需多路输出，对后续尺度设计带来许多困难，且该方案对果实的大小界限是唯一的，显然不符合市场实际。大出图3方豢1分级原理Ug．311Iegra&mion—nciple0fplanI2)设想二：令按下刹车把(不放松)，剪落果实后，若为小果实，则直接落向小出口；若为大果实，则搁在小出口上，待放松刹车把后，打开大出口通道。因此，必须设置大小两个果实出口，

8、上为小出口，下为大出口。同时，设置一扇“门”式分级板与其配对，令其在剪切时处于掩盖大出口通道，放松刹车把时开