小型椭球类果蔬收获装置设计

姚文特,孙立成,周兰娟,江东博,安紫璇,孙立波,孙立博

摘要： 目前市场上的小型椭球类果蔬，如李子、枣、杏、杨梅、草莓、圣女果等仍采用手摘方式，针对小

型水果单体数量多，采摘效率低，智能水平差等痛点，设计研发出一种小型椭球类果蔬收获装置，实现了对小型椭球类果蔬的采摘、收集、枝叶分离、输送及分级等要求。应用仿人手的梳齿采集爪实现无损采摘；利用V形布置的两组橡胶对辊达到枝叶分离目的；分层布置的圆带输送实现分级要求；利用计数称重装置，对采摘的小型椭球类果蔬进行数量的统计和重量的称取，以此作为人工采摘效率的依据。利用无线传输模块、GPS模块和电子罗盘模块搭建自主导航平台，实现采收背袋与智能运输车之间的通信、采摘车的定位以及采摘车自主导航至采收车所在位置的功能。该小型椭球类果蔬收获装置集多功能于一体的新颖设计理念，解决了目前小型椭球类果蔬必须由人工进行采摘的难题。该装置结构简单，避免了人工采摘的危险性，有效提高了生产效率。

关键词：小型椭球类果蔬；无损采摘；智能运输；分级输送

1 引言

我国是小型椭球类果蔬生产大国，其产量种类高居世界第一, 其中河北省小型椭球类果蔬种类繁多、年产量巨大。目前小型椭球类果蔬采摘存在单体数量多，采摘效率低，智能化水平低，辅助登高采摘危险等诸多问题。人工采摘，致使采摘周期延长，影响后期销售，严重的影响了果农的经济收益。大部分小型椭球类果蔬皮薄肉厚易磕碰，影响后期储存，且果园枝繁叶茂，行走视线受阻，采摘者无法正确的找到采摘收集车，以及劳动力不足导致采摘不及时从而产生不必要的经济损失。针对小型椭球类果蔬的结构特性，研制出一种集采摘、收集、枝叶分离、输送、分级及导航定位于一体的小型椭球类果蔬收获装置。

2 总体方案设计

小型椭球类果蔬收获装置集采摘、收集、枝叶分离、输送、分级、计数及导航定位于一体。该装置体积小，便于运输，功能齐全，可进入复杂地区进行工作。该装置主要由采集装置、支撑架、手持伸缩杆、输送管、智能运输小车、计数及定位导航装置组成。总体结构如图1所示。

图1 小型椭球类果蔬收获装置总体结构图

3 梳齿采集爪的设计

采集爪采用仿人手的梳齿爪结构，结构图如图 2 所示，分为带孔的尼龙棒轴和钢爪两部分，梳齿采集爪的整体结构如图3所示。梳齿爪做旋转运动，当梳齿爪旋转到带有果实的树枝后，数枝通过梳齿爪的间距通过，而果实被两爪卡住，将其采摘下来，采集爪应该尽可能的抓住大部分的果实，所以两个爪之间的距离不应太大，否则会导致采摘率的下降，另外，这个距离也不能太小，否则会出现采集爪卡到枝叶的现象，影响采集效率。经过查阅相关的资料，小型椭球类果蔬的直径一般在 20-30mm 之间，所以我们取两爪距离为 16mm，并通过试验验证，取得良好效果。电机带动轴和爪子做旋转运动，当爪子旋转到带有果实的树枝后，树枝通过梳齿爪的间距通过，而小型椭球类果蔬被两爪卡住，将其采摘下来，进而实现采摘过程。

    

图2 梳齿爪                   图3 梳齿采集爪整体结构图

4V形橡胶对辊的设计

V形橡胶对辊结构如图3所示，枝叶分离对辊由上橡胶轴以及下橡胶轴组成，橡胶对辊外包一层橡胶皮，用以对果实上带有的枝叶进行分离，并保证果实不受伤害。下橡胶轴在上橡胶轴斜下侧，上下两橡胶轴呈外圆相切布置，上轴与枝叶分离装置驱动电机相连接，对辊之间通过齿轮传动。

经过梳齿爪的采摘后，得到的果实上必然带有一定的枝叶，当带有枝叶的果实落入V形橡胶对辊后，由于辊子的相对转动，将枝叶带入两辊之间，而果实只能留在V形区域内，进而将果实和枝叶剥离。

     

图4 V形橡胶对辊结构图

5 分级装置整体结构的设计

如图5所示，分级装置主要由由减速入料口、减速毛刷、分级输送带、隔板、收集箱、万向轮等部件组成。漏斗状的入料口可以保证大量果实同时被输送进来时不会散落，同时具有一定的减速作用。由于果实在高空输送进分级装置，速度较快，此时减速毛刷的设计解决此问题，减速毛刷可以有效地降低果实的速度以便更好的实现分级收集功能。分级输送带根据果实尺寸呈前窄后宽布置，可以实现精准分级。隔板及收集箱均铺有橡胶，可以很好的保护果实，防止因磕碰引起损伤。

图5 分级装置结构图

参考文献

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基金项目：河北省大中学生科技创新能力培育专项项目《小型椭球类水果智能采收装置》(22E50498D)；教育部高教司2021年第二批产学合作协同育人项目：基于创新创业能力培养的机械工程专业产教融合课程建设（编号：202102003002）。

作者简介：姚文特，男，2002.07.26，河北石家庄人，本科在读，研究方向：电气工程及其自动化。