基于单片机控制的自动苹果采摘机设计

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1、2015年2月农机化研究第2期基于单片机控制的自动苹果采摘机设计杨冬进，张燕(海南大学机电工程学院，海口570228)摘要:苹果树的枝干较高，导致果农采摘困难及耗费大量劳动力等问题。为此，设计了一种基于单片机控制的苹果采摘机的自动控制系统。该采摘机不仅能够高效、快速地采摘苹果，而且在保证苹果完好前提下采取了较好的措施，通过人工的配合，能够完成自动寻找、采摘、送回苹果一系列的控制动作。该采摘机可实现降低成本、改善劳动条件、降低人工劳动强度及行业综合成本的目的，实现苹果自动化的连续作业，提高了经济效益。关键词:苹果;采摘机;自动化;单片机中图分类号:S225．93文献标识码:

2、A文章编号:1003－188X(2015)02－0028－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.008这一过程不仅需要先进的仪器设备，而且仪器价格也0引言非常的昂贵。所以，在定位机械手到指定苹果位置这［1－3］苹果是我国生产的主要果品之一。我国苹果一过程由人工协助完成。手臂收缩系统主要完成机2种植面积189．9万/hm，产量2600万t，占世界苹果械手的定位和自动送料过程。出料系统主要完成苹面积、产量的35%以上，规模居世界第一。目前，苹果打包和配合收缩系统工作，当出料系统向收缩系统果收获作业主要靠人工完成，危险性高、作业环境差，输入信号时

3、，收缩系统自动完成恢复初始位置这一连既耗时又费力。因此，发展自动化收获技术和开发研续过程。自动苹果采摘机的原理结构图如图1所示。究蔬菜和水果采摘机器具有十分深远的意义。将采系统具体流程如下:摘机大量应用于苹果采摘过程能够极大地提高采摘1)电源启动。人工协作完成，机械手开始自动完效率并节约成本;但水果在采摘过程中容易产生机械成采摘，采摘手展开。损伤，也是需要重点注意的问题。针对果实在树上位2)探寻苹果位置。采摘手上传感器检测信号，通置随机、自动识别功能受枝叶遮挡影响、分布范围广过机械手臂的运动调整采摘手位置，苹果位于采摘手的特点，许多国家进行了较深入的研究，但机器人采中央。

4、摘作业仍然处于较低水平，受环境影响、可靠性较低3)采摘手工作。当确定苹果位于采摘手中央后，问题仍未解决。针对上述问题，笔者在苹果采摘机的采摘手工作，直至传感器传来信号后停止。［4－5］设计中较好地回避了可靠性问题，在相应的效率4)手臂收缩。采摘手停止工作，手臂收缩到指定及稳定性上有所提高，在一定程度上节省了劳动力、的放料位置停止。缩短劳动时间、提高了生产效率，旨在扩大经济效益、5)出料。手臂收缩到指定出料口。采摘手展开，促进苹果产业的发展。将苹果放于指定位置包装。6)机械手恢复初始位置。出料系统传来信号，机1采摘机系统设计与分析械手恢复，等待下一次工作。1．1系统组成1．

5、2夹持机构自动苹果采摘机［6］主要包括机械手末端系统、手末端夹持结构的设计直接影响苹果的采摘效率［7］臂伸缩系统及出料系统。末端机械手部分完成苹果和损伤程度，在执行器抓牢果实后利用手腕的旋转的采摘过程。由于实现机械手自动寻找苹果的位置和周转关节拧断果柄，这种方式对于苹果这种易于损伤的水果不适用。如果利用电极或者切刀直接切断收稿日期:2014－03－13果柄，则对苹果的果柄方位的定位要求较高。结合上基金项目:海南省教育科学“十二五”规划项目(QJY125012)作者简介:杨冬进(1991－)，男，四川绵阳人，本科学生，(E－mail)述两种方案，得出末端夹持机构设计如图2所

6、示。通493279963@qq．com。过采摘手与气缸活塞的链接与配合，将导杆的直线运通讯作者:张燕(1978－)，女，湖北鄂州人，副教授，硕士，(E－mail)z_yhs@163．com。动转化为采摘手的夹、合运动。采摘手经过一定的设·28·2015年2月农机化研究第2期计加上特定压力传感器的配合，能够较好地降低苹果丝和软轴传动及采摘手的夹持，切割刀片在软轴的带的损伤率。动下绕手指外廓做近似1周的旋转，完成位于手指外直流电机作为该装置动力源，采摘手夹紧苹果的周上任意位置苹果柄的切割。这样不仅省去了检测动作实现是通过丝杠和双面齿条螺旋传动，带动双面果柄这一复杂过程，而且还

7、提高了切割果柄的准确度齿条上下运动;齿条和齿轮的啮合传动，使啮合的两和采摘效率。为了更易切断果柄，保证采摘的成功个齿轮对转，从而实现两压板的夹紧和松开;通过钢率，刀片设计成楔形。图1自动苹果采摘机的原理结构图图2末端夹持结构图2采摘流程设计机械手的工作及运动不仅是单片机的单一控制，［8］机械手臂的伸缩与机械手末端部分的相互配合也是非常重要的。因此，本系统在寻找苹果确切位置时是由人工操作控制的(即人工控制机械手到苹果的位图3程序流程图置)，通过采摘手上的摄像头反馈信息到显示屏上来确定机械手是否到达符合要求的位置。满足上述要3单片