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[摘 要]针对目前苹果采摘过程中存在采摘作业复杂、效率低、劳动量大、有安全隐患、容易造成果实损伤等问题。我们设计了便携式苹果采摘机，利用此装置辅助人工采摘、分类、收集，达到减轻劳动强度，解放劳动力，提高采摘效率，保证水果质量的目的。
[关键字]采摘苹果 便携 辅助人工
中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0059-01
引言
随着水果种植业的发展，果农对高效实用的果园采摘机械的市场需求日益增加。目前，我国水果采摘以人工采摘为主，采摘时的劳动力占生产过程总劳动力的33%-50%，采摘过程中存在采摘作业复杂、效率低、劳动量大、有安全隐患、容易造成果实损伤等问题。降低采摘成本、减轻劳动力和提高采摘效率成为农户迫切需要解决的难题。。
1、方案設计
本作品分为四个模块：采摘模块、储箱传送模块、传送分类模块和收集升降模块。
采摘模块：使用手持式伸缩杆采摘不同高度的水果，可旋转的机械爪用于采摘苹果。
储箱传送模块：链轮结构的传送带上装有卡爪，可带动收集盒运动。
传送分类模块：高处的苹果可放入带轮结构的传送带中，传送带使用软质皮带，可夹紧苹果使其同步运动，低处苹果可直接放入传送带；分类装置利用v形轨道通过苹果直径大小进行分类。
收集升降模块：用来存放收集满苹果的收集盒，齿轮齿条啮合在电机的带动下实现升降，当收集升降模块的收集盒收集满时，蜂鸣器工作提醒操作人员收取，收取完成后按下侧面开关升降平台复位。
2、便携式苹果辅助采摘机工作流程
操作人员首先调整传送装置到合适位置，启动装置。储箱传送模块工作，将收集盒送到指定位置。然后操作人员手持采摘杆进行采摘，采摘下的苹果进入传送分类模块，分类模块根据苹果直径的大小进行分级。当分类装置上方的计数装置检测到收集盒中的苹果收集满后，收集盒被送到收集升降模块，碰到开关后，升降平台下移。当收集升降模块的收集盒收集满时，位于升降平台上的传感器接受到信号，使蜂鸣器工作提醒操作人员收取苹果，收取完成后按下升降开关，升降平台复位。
3、各部分结构及其工作原理
3.1采摘模块
该模块主要包括采摘杆、连接器和机械爪。
（1）采摘杆：包括电机和丝杆滑块。电机与丝杆通过联轴器相连，丝母滑块与可活动的杆固定，开关控制杆的伸缩。采摘水果时调整采摘杆到合适位置，改变杆长度时按下开关，电机带动丝杆转动，从而使丝母滑块带动活动杆上下运动，达到伸缩的目的。
（2）连接器：分为上下两部分，下部的舵机固定在采摘杆上，可带动机械爪实现旋转，上部的舵机可实现机械爪开合。
（3）机械爪：机械爪和舵盘通过有弹性连接，运用类似四连杆机构实现张开和闭合。舵机正向旋转时，舵盘牵引线运动，使机械爪闭合。舵盘反向旋转时，机械爪利用皮筋的弹力张开。
3.2储箱传送模块
空盒子有序叠放在装置后端储箱框中，传送带转动，卡爪抠住最下面的盒子并将其带走，其余空盒子落下，传送带带动空盒子沿轨道滑动，当触碰到侧壁开关时，传送带停止工作，空盒子到达指定位置，准备收集从V形轨道上落下的苹果。传送带使用链轮结构，使得传送平稳。
3.3传送分类模块
传送分类模块由传送部分和分类部分组成。
传送部分由漏斗和可调节长度的传送装置构成。传送带两端装有带轮和橡胶圈，内部装有弹簧。电机带动带轮转动，带轮通过与传送带的摩擦带动传送带运动。传送带为一种有弹性的软质材料。当水果放入漏斗中时，水果依靠本身的重力而落入传送带中，传送带两边宽中间窄，可夹紧水果使其与传送带同步运动，达到缓冲下降速度的目的。通过弹簧来调节传送带间的距离以适应不同直径大小的水果。
分类部分：分类部分主要是由两根碳棒构成，放置为倾斜的形状为前窄后宽的V形结构。该结构可以根据苹果直径大小进行分类。分类部分的上方装有计数装置，通过光电检测实现对水果的准确计数。螺旋轴的使用可有效防止水果损伤。
3.4收集升降模块
收集升降模块由收集部分和升降部分组成。
收集部分：主要由触碰开关和收集盒构成，当收集盒集满时，传送带把它运送到升降部分上，碰到开关后，升降平台下移。
升降部分：升降部分为齿轮齿条结构，升降平台与电机相连，齿轮与齿条啮合在电机的带动下实现升降。
4、创新点
（1）机械爪通过有弹性的线与舵机舵盘相连，运用类似四连杆机构实现张开和闭合，方便省力 。
（2）满足不同高度的采摘，采摘杆运用丝杆、丝母滑块实现伸缩，传送装置中两根型材通过滑块相连发生相向运动实现伸缩。
（4）集采摘、分类、收集于一体，简化劳动程序。
（5）优化采摘路径，将采摘下的苹果放到地下改为空中直接投放，节约时间。
5、结论
我们的作品设计为自动化辅助装置，具有降低劳动强度，解决劳动力不足，提高采摘效率，加速农业现代化进程等的优点，本装置在人工操作的基础上可以完成水果采摘和装箱的功能，造价低廉且适用于各个果园。因此，我们的产品符合当今时代发展的需求，相信会在现有条件下完成推广和使用。
参考文献
[1]濮良贵，纪明刚，主编.机械设计 高等教育出版社，2012.12.
[2]孙桓，陈作模.葛文杰主编.机械原理，高等教育出版社，2012.11.
[3]周祖德.唐永红主编.机电一体化.第一版，华中科技大学出版社，2002.
[4]张忠将，李敏，主编.SolidWorks 2010 机械工业出版社，2011.
[2]张占新.材料力学[M].西安：西北工业大学出版社，2005.
[5]大连理工大学工程图学教研室.机械制图（第六版）[M]，北京：高等教育出版社，2007.
[6]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2005.
[关键字]采摘苹果 便携 辅助人工
中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0059-01
引言
随着水果种植业的发展，果农对高效实用的果园采摘机械的市场需求日益增加。目前，我国水果采摘以人工采摘为主，采摘时的劳动力占生产过程总劳动力的33%-50%，采摘过程中存在采摘作业复杂、效率低、劳动量大、有安全隐患、容易造成果实损伤等问题。降低采摘成本、减轻劳动力和提高采摘效率成为农户迫切需要解决的难题。。
1、方案設计
本作品分为四个模块：采摘模块、储箱传送模块、传送分类模块和收集升降模块。
采摘模块：使用手持式伸缩杆采摘不同高度的水果，可旋转的机械爪用于采摘苹果。
储箱传送模块：链轮结构的传送带上装有卡爪，可带动收集盒运动。
传送分类模块：高处的苹果可放入带轮结构的传送带中，传送带使用软质皮带，可夹紧苹果使其同步运动，低处苹果可直接放入传送带；分类装置利用v形轨道通过苹果直径大小进行分类。
收集升降模块：用来存放收集满苹果的收集盒，齿轮齿条啮合在电机的带动下实现升降，当收集升降模块的收集盒收集满时，蜂鸣器工作提醒操作人员收取，收取完成后按下侧面开关升降平台复位。
2、便携式苹果辅助采摘机工作流程
操作人员首先调整传送装置到合适位置，启动装置。储箱传送模块工作，将收集盒送到指定位置。然后操作人员手持采摘杆进行采摘，采摘下的苹果进入传送分类模块，分类模块根据苹果直径的大小进行分级。当分类装置上方的计数装置检测到收集盒中的苹果收集满后，收集盒被送到收集升降模块，碰到开关后，升降平台下移。当收集升降模块的收集盒收集满时，位于升降平台上的传感器接受到信号，使蜂鸣器工作提醒操作人员收取苹果，收取完成后按下升降开关，升降平台复位。
3、各部分结构及其工作原理
3.1采摘模块
该模块主要包括采摘杆、连接器和机械爪。
（1）采摘杆：包括电机和丝杆滑块。电机与丝杆通过联轴器相连，丝母滑块与可活动的杆固定，开关控制杆的伸缩。采摘水果时调整采摘杆到合适位置，改变杆长度时按下开关，电机带动丝杆转动，从而使丝母滑块带动活动杆上下运动，达到伸缩的目的。
（2）连接器：分为上下两部分，下部的舵机固定在采摘杆上，可带动机械爪实现旋转，上部的舵机可实现机械爪开合。
（3）机械爪：机械爪和舵盘通过有弹性连接，运用类似四连杆机构实现张开和闭合。舵机正向旋转时，舵盘牵引线运动，使机械爪闭合。舵盘反向旋转时，机械爪利用皮筋的弹力张开。
3.2储箱传送模块
空盒子有序叠放在装置后端储箱框中，传送带转动，卡爪抠住最下面的盒子并将其带走，其余空盒子落下，传送带带动空盒子沿轨道滑动，当触碰到侧壁开关时，传送带停止工作，空盒子到达指定位置，准备收集从V形轨道上落下的苹果。传送带使用链轮结构，使得传送平稳。
3.3传送分类模块
传送分类模块由传送部分和分类部分组成。
传送部分由漏斗和可调节长度的传送装置构成。传送带两端装有带轮和橡胶圈，内部装有弹簧。电机带动带轮转动，带轮通过与传送带的摩擦带动传送带运动。传送带为一种有弹性的软质材料。当水果放入漏斗中时，水果依靠本身的重力而落入传送带中，传送带两边宽中间窄，可夹紧水果使其与传送带同步运动，达到缓冲下降速度的目的。通过弹簧来调节传送带间的距离以适应不同直径大小的水果。
分类部分：分类部分主要是由两根碳棒构成，放置为倾斜的形状为前窄后宽的V形结构。该结构可以根据苹果直径大小进行分类。分类部分的上方装有计数装置，通过光电检测实现对水果的准确计数。螺旋轴的使用可有效防止水果损伤。
3.4收集升降模块
收集升降模块由收集部分和升降部分组成。
收集部分：主要由触碰开关和收集盒构成，当收集盒集满时，传送带把它运送到升降部分上，碰到开关后，升降平台下移。
升降部分：升降部分为齿轮齿条结构，升降平台与电机相连，齿轮与齿条啮合在电机的带动下实现升降。
4、创新点
（1）机械爪通过有弹性的线与舵机舵盘相连，运用类似四连杆机构实现张开和闭合，方便省力 。
（2）满足不同高度的采摘，采摘杆运用丝杆、丝母滑块实现伸缩，传送装置中两根型材通过滑块相连发生相向运动实现伸缩。
（4）集采摘、分类、收集于一体，简化劳动程序。
（5）优化采摘路径，将采摘下的苹果放到地下改为空中直接投放，节约时间。
5、结论
我们的作品设计为自动化辅助装置，具有降低劳动强度，解决劳动力不足，提高采摘效率，加速农业现代化进程等的优点，本装置在人工操作的基础上可以完成水果采摘和装箱的功能，造价低廉且适用于各个果园。因此，我们的产品符合当今时代发展的需求，相信会在现有条件下完成推广和使用。
参考文献
[1]濮良贵，纪明刚，主编.机械设计 高等教育出版社，2012.12.
[2]孙桓，陈作模.葛文杰主编.机械原理，高等教育出版社，2012.11.
[3]周祖德.唐永红主编.机电一体化.第一版，华中科技大学出版社，2002.
[4]张忠将，李敏，主编.SolidWorks 2010 机械工业出版社，2011.
[2]张占新.材料力学[M].西安：西北工业大学出版社，2005.
[5]大连理工大学工程图学教研室.机械制图（第六版）[M]，北京：高等教育出版社，2007.
[6]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2005.