摘 要

随着苹果种植的推广，国内种植苹果的面积逐渐增加，由于劳动力的限制，需要人们借助机器配合来完成果实的采摘。每个国家都有许多关于水果采摘机器的研究，但是由于每个果园生长环境的复杂性，机器自动识别的精确度还不是很高，所以全自动化采摘果实的机器难以实现，为减少工作强度，人们可以借助简单的辅助装置来对果实进行有效的采摘。在确保装置稳定工作的前提下，同时考虑装置的成本，使装置能够适应中国市场，达到高效率，低成本的目的。简单的介绍了苹果采摘装置研究的目的和意义，并描述国内外水果采摘装置的发展情况，在此基础上运用制图软件对苹果的采摘装置进行设计，采摘装置是为解决人们采摘高处苹果而创新的工具，便于人们更加快捷方便的进行果实采摘，达到省时省力的效果，提高工作效率。装置的设计主要包括：采摘机构，杆机构和结果结构。以采摘机构为主进行设计工作，使机构能够方便快捷对果实进行采摘。用Pro/e软件画出装置三维效果图，同时利用CAD软件画出苹果采摘装置的装配图及部分主要零件的零件图。

关键词: 苹果采摘; 农业机械; 采摘器;

Apple picking device design

ABSTRACT

With the promotion of apple cultivation, the area of ​​apples grown in China is gradually increasing. Due to the limitation of labor, people need to use machine coordination to complete fruit picking. Every country has a lot of research on fruit picking machines, but due to the complexity of the growing environment of each orchard, the accuracy of automatic machine identification is not very high, so the machine for fully automated fruit picking is difficult to achieve, in order to reduce the work intensity, People can use the simple auxiliary device to effectively pick the fruit. Under the premise of ensuring stable operation of the device, the cost of the device can be considered at the same time, so that the device can adapt to the Chinese market and achieve high efficiency and low cost. The purpose and significance of the research on apple picking device are briefly introduced, and the development of fruit picking device at home and abroad is described. On this basis, the drawing device of apple is designed by using drawing software. The picking device is to solve the problem of picking high apples. Innovative tools make it easier and faster for people to pick fruits, save time and effort, and improve work efficiency. The design of the device mainly includes: picking mechanism, rod mechanism and result structure. The design work is mainly carried out by the picking mechanism, so that the organization can pick the fruit conveniently and quickly. Use Pro/e software to draw the 3D renderings of the device, and use the CAD software to draw the assembly drawing of the apple picking device and the parts drawing of some main parts.

Key words: apple picking; agricultural machinery; picker;

目录

1.绪论 1

1.1 苹果采摘装置的研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.21 国外发展概况 2

1.22 国内发展概况 3

1.3 一种苹果采摘装置研究的目的和意义 4

1.4 苹果采摘装置的研究内容和设计方法 5

2. 苹果采摘装置的总体研究设计 6

2.1 我国果树种植环境和果实生长特性 6

2.2 苹果采摘装置的总体分析 6

2.2.1 苹果采摘装置的设计方案 7

2.2.2 苹果采摘装置的工作过程介绍 7

3.苹果采摘装置的设计 8

3.1 杆的设计 8

3.2 圆盘的设计 10

3.3 椭圆盘和剪刀的设计 10

3.4 弹簧的设计 11

3.5 接果装置 13

3. 6 钢绳的设计 14

4.装置特色与创新和未来发展 16

4.1装置特色创新 16

4.2装置的未来发展 16

1.绪论

全球苹果年产量为3200万吨，中国苹果的年产量比重约占全世界产量46％，中国是世界上最大的苹果生产国和消费国，在世界苹果产业中发挥着重要作用。同样，苹果生产在我国果业中也占有重要的地位，其发展对果区经济、市场供应和出口收益有很大影响，对推进我国农业供给侧改革、助力乡村振兴战略、实现产业扶贫和精准脱贫具有重要意义。目前，收获苹果一般采用人工采摘，导致果园农业生产工作效率低下的主要原因。为解决这一状况，机械化生产劳作是一种有效途径，对促进农业发展有重要意义。

苹果采摘装置的研究背景

我国是世界上最大的苹果消费国和生产国，苹果种植业的迅速发展，增加了果园机械的市场需求。在整个生产过程中，采摘所需要的劳动力占总数的33％~50％。大量人力资源的投入不仅生产率没有得到保障，同时也影响生长的质量要求。苹果树栽培条件下一般高为3~5米，并且果实在树枝上生长的地方有高有低。在采摘水果过程中，在较高的地方需要依靠梯子来完成采摘，不仅劳动强度大，效率低下，而且对果农存在一定的安全问题。如果人力不足，果实采摘不及时，还会造成经济损失，人工采摘过程中稍有不注意，就会造成苹果撞击、挤伤、扎伤、压伤等从而导致果实质量下降。在摘取高处苹果时，也容易拉断苹果树枝，或使摘下来的苹果没有果柄，缩短苹果的保质期。为解决这些问题，水果种植业的机械化程度也会越来越高。

国内外研究现状

随着时代的进步，新兴的水果采摘机械装置逐渐代替人工采摘，极大的提升了采摘效率。就目前发展，国内对过水果采摘研究相对于国外存在一定的差距，主要因为国内发展起步较晚，但在国内多方支持研究下也在迅速发展。根据采摘原理，大致可以分成两类：一种是机械式采摘装置，另一种为机器人采摘装置。机械式采摘装置可分为三种类型：振动、撞击和切割。

1.21 国外发展概况

在欧美等发达国家农业以大农场为主，主要采用大型水果收割机来进行水果采摘。在如此大量劳动强度前提下，农业生产活动劳动力严重不足，为了解决这些问题，各个国家开始研发水果采摘装置。在20世纪40年代中期.美国开始研究用于采摘核桃和杏等水果的振动式采摘机，50年代中期，欧美国家开发和应用一种通过拖拉机驱动的振动果树的收割机械。在接下来的十年中，还进行了结构的改进。各个类型的水果采摘装置出现，如惯性、气动和撞击。尽管当时采摘装置的种类繁多，但采摘效率相对较低，采摘损伤率较高，不适合采摘脆弱果实。60年代中期，美国开发了一种液压升降平台，与采摘工具配合使用，大大提高了采摘效率。到了70年代后出现了如油锯、气动剪等依靠各种动力切割采摘机械。虽然各种采摘机械都得到了一定推广应用，但随着科技的不断发展，国外对水果采摘的研究方向转向机器人采摘。美国是最早进行采摘机器人研究的国家。随着计算机和自动控制技术的迅速发展，美国于1983年开发出了第一台采摘机器人，在接下来的30多年里，各个国家相继展

图 1机器人采摘示意图

开了各种采摘机器人的研究和开发。机器人采摘能够更加精确的搜索到水果位置，并且操作简单，工作效率高。采摘机器人主要有机器臂，执行装置，识别系统和行走装置四个部分组成，主要使用机械臂进行水果采摘。机器人手臂可以实现多个移动自由度，最终达到抓取果实的效果。在20世纪80年代中期，日本首都大学开发了一种五自由度铰接式机械手，但该机械手的工作空间并未包含所有水果的位置，而且机器人末端执行器的可操作性差。与此同时，韩国开发了一种可以左右上下移动的极坐标苹果采摘机器人，具有较大的工作空间。目前更多的是通过人机协作的方式共同完成对果实的采摘，通过人工来对果实的寻找、定位、导航成熟的果实，水果的最终采摘由机器人完成。从国外发展历程看来，机器人大概具有运输、采摘和识别三个功能。当前的采摘机器人智能水平暂时还达不到农业生产的要求，所以国外研究方向是使采摘机器人能够更加智能化、自动化的完成采摘工作，在未来不断发展过程中，能够实现所有的工作全部由采摘机器人独立完成。

1.22 国内发展概况

中国对水果采摘的研究起步较晚，比较其他发达国家研究成果也较少。由于国内情况的限定，对价格昂贵、操作复杂的大型水果采摘机械，很多地方的果农难以负担的起，从而使这些机械无法达到普及使用。因此，在大部分地区仍然以人工采摘为主。国内大多是采用机械设备完成水果采摘任务。在20世纪70年代，中国开发了一种机械振动山楂采摘器、气囊式采摘器和手持电动采摘器。

图 2气动低枝剪