王大志 李颜伸 姜鑫 刘树涛
青岛黄海学院 山东 青岛 266427
摘要：设计了一种采用双履带配备三角形机构轮毂为主要行进部件，摒弃以往的仅履带行进和仅防滑轮胎行进方式的一种新型水果采摘装置，更便于适应不同地形的工作进行，在此基础上加装独特设计的底盘配合车基，防止因地形导致的打滑和磨损等。采摘器在三爪机构的基础上利用四杆机构对其进行创新，采集部分添置软胶更好地抓取水果，并保证不会破坏表皮，保持其完整性；新型爪末端加装小型刀片，采用电动机带动新型爪进行张开和收紧及转动，刀片做辅助作用。接收转移装置放置在新型爪前下方，主体为橡胶内置软质蓬松海绵，用作水果下降过程中的缓冲，下方对应存放模块，保证摘下的水果能顺利进入的接收装置，再顺着传递装置，安全的到达存放区，完成辅助采摘的运输过程。车体加装摄像头，用于观测行进道路实况及对水果所在方位确定，图像采用蓝牙传输，便于户外工作。整体采用单片机作为控制中心，直流电驱动电机进行移动和采摘的全过程，功耗小，便于运作。
关键词：新型水果采摘装置；摄像头；蓝牙传输；单片机
引言
水果采摘机械装置的研究和进一步完善对于跟进目前种植业需求具有重大意义,逐步趋于便捷、自动、智能化的采摘设备对于初步代替人工采摘、解放劳动力、提高采摘效率以满足人们生活需求等方面意义重大。逐步解放人工劳作的智能型采摘机器人是未来新型农业机械的发展大方向，具有广阔的应用前景。
1系统设计
设计出一种全地形水果采摘装置的样机模型，主要实现以下功能：
(1)独特底盘设计承载行进机构，保证作业平稳进行；
(2)采摘机构和收取转移机构保证水果在采摘中的完整性；
(3)模块化的存放装置便于水果批量运输；
(4)图像识别技术准确进行采摘识别；
(5)行进机构双履带单独控制，采用直流电机驱动，可控制装置行进速度以及灵活调节车体方向。
图1 总体设计框图
本设计包括行进装置、采摘装置、收取转移装置、存放装置以及车基，总体设计框图见上图1。
2创新点与项目特色
2.1创新点
全地形水果采摘装置的工作环境复杂，多为山地、丘陵、沟壑等非结构化地形，采用履带式对于出现的特殊地形能够正常越过，适用性较强。
图2 履带式底盘示意图
采摘器在三爪机构的基础上利用四杆机构对其进行创新，采集部分添置软胶更好地抓取水果，并保证不会破坏表皮，保持其完整性；新型爪末端加装小型刀片，采用电动机带动新型爪进行张开和收紧及转动，刀片做辅助作用。接收转移装置放置在新型爪前下方，主体为橡胶内置软质蓬松海绵，用作水果下降过程中的缓冲，下方对应存放模块，保证摘下的水果能顺利进入的接收装置，再顺着传递装置，安全的到达存放区，完成辅助采摘的运输过程。车体加装摄像头，用于观测行进道路实况及对水果所在方位确定，图像采用蓝牙传输，便于户外工作。整体采用单片机作为控制中心，直流电驱动电机进行移动和采摘的全过程，功耗小，便于运作。装置通过双履带配合三角形机构轮毂行进，行进过程中识别水果所在位置，进行目的性行进，仿生采摘爪进行工作，采摘水果，采摘下的水果经由收取转移装置做缓冲处理并放置于存放机构中，再进行下一阶段的工作。具体工作流程如下图1所示。
2.2 行进流程
全地形水果采摘装置的行进机构主要由双履带配合三角形机构轮毂构成，双履带均通过单独电动机提供驱动力，可以单独实现履带运转的速度变化，在保证行进过程中稳定性的同时，当需要改变方向时，进行差速变向，一边履带速度减小，另外一边履带加速转动，更加灵活的应对复杂的地形。双履带也摒弃传统的类长方形履带形式，而改用类三角形方式，将履带与三角形结构的稳定性相结合，大大增强其抓地力和行进稳定性，三角形机构轮毂位于双履带内侧，作为辅助履带正常运行的存在，同样对行进起到一定作用。
2.3采集流程
全地形水果采摘装置的采摘机构主要由仿生的类爪新型机构组成，三个呈三角形排列的机械类爪为采摘机构的主体，类爪内侧接触水果部分防止软橡胶用来保护水果表皮不被破坏，机械类爪均置于底座之上，较为固定不易脱落。
2.4收取存放流程
全地形水果采摘装置的收取转移机构主要由轨道接续的类网袋组成，摒弃传统的易破损材质，而采用新型的内部填充海绵外部加装软质橡胶来构成，采摘下的水果经由重力作用可直接下滑，橡胶和海绵均可减缓水果与果树枝杈的接触，保证了水果的完整性。
本设计摒弃了传统的大箱子模式，进而采用新型的存放模块，主要是按照所采摘水果的特性设计，避免因大量水果挤压而造成的损伤水果，同时与车基相配合，采用大容量装载，增加存放水果的量，提高水果采摘的续航能力，同时进行模块化设计，使水果在运输中个存放模块紧密相连，不易受因运输而导致的水果损伤。同时箱体内部增加橡胶斜坡，辅助落下水果保持其完整性。
3 结论
摄本设计摒弃了传统的大箱子模式，进而采用新型的存放模块，主要是按照所采摘水果的特性设计，避免因大量水果挤压而造成的损伤水果，同时与车基相配合，采用大容量装载，增加存放水果的量，提高水果采摘的续航能力，同时进行模块化设计，使水果在运输中个存放模块紧密相连，不易受因运输而导致的水果损伤。同时箱体内部增加橡胶斜坡，辅助落下水果保持其完整性。
参 考 文 献
[1]王欢,况威权,邓小珍,钟天亮.水果采摘辅助机构的创新设计[J].科学技术创新,2020(33):173-174.
[2]王顺沩,张凯,刘华雷.一种便携式水果采摘装置设计[J].科学技术创新,2020(14):54-55.
[3]成亮,王立杰,张国庆.一种自适应多功能水果采摘装置[J].林业工程学报,2020,5(02):130-136.
作者简介：
王大志，2000.10，山东省济宁市，本科学士，控制工程。
姜鑫，1998.11，山东省聊城市，本科学士，机械工程。
李颜伸，2000.06，山东省临沂市，本科学士，机械工程。
刘树涛（1976－），男，山东烟台人，学士，高级技师，讲师，研究方向:机械设计制造及其自动化。
该项目由青岛黄海学院校级国创项目《一种新型水果采摘装置》（X202013320057）支持。