基于自复位控制的水果采摘装置

基于自复位控制的水果采摘装置

张朝王涵刘彤

（石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄）

摘要通过收集资料和实地考察，发现水果采摘大多为人工采摘，基于此设计了一款多种类水果采摘人工辅助装置。目前市场上已有简易的采摘工具但是效率并不高，有待改善；自动化的水果采摘设备也处于研发阶段，但因为地形限制、识别技术和机器人技术发展不成熟及大型机器成本高等因素，导致其设备不适合投入实际生产使用。因此，本设计产品将水果采摘和收集一体化，改善了以上存在的一些不足，可以满足水果采摘的实际需要。

关键词易便携机电控制一体化

1引言

近年来，随着我国经济持续发展，水果的产量逐年上升，国家也在机械化农业领域投入越来越多的资金，现代农业正在向着机械化、自动化发展。然而，尽管目前市场上已有一些设备，但并不适合收入低下的农民使用，对个体果农来说，便于操作、价格低廉、能明显提升效率的辅助性水果采摘设备更能受到他们的青睐，因此本设计应运而生。

2产品说明

2.1采摘原理

果农手持本产品斜向采摘，首先眼睛定位到水果位置，打开自锁开关接通电源，之后果农再按下采摘杆上的自复位型按钮，控制电动机正转来牵引杆身内部的闸线，闸线一端连接在机械爪倒钩上，以此拉紧闸线牵引机械爪来实现抓取水果的目的。由于机械爪的一爪臂切线处设有自复位型按钮，当抓紧水果时，水果自身压力会按压爪臂上自复型按钮，电动机停止转动，果农在进行水果摘取过程中，此时机械爪保持抓紧水果的状态，摘下水果后，松开采摘杆上自复位按钮，电机反转使机械爪松开。

2.2机电控制

本模块主要实现单片机对步进电机的编程控制，单片机的P2.0到P2.3四个口与28BYJ-48型步进电机的四个驱动口相接，设有电机控制按钮S1（自复位型按钮），果实加紧检测按钮S2（自复位型按钮），以及用电源开关S3（自锁型），电路图如图1。

图1

2.3收集装置

在采摘完水果之后，松开机械爪，由于是斜向采摘，水果将会落入收集管道中，之后水果进入果农背上的收集箱中。水果经过势能转化为动能获得速度，通过收集管道内部多次碰撞进入收集箱口，水果通过圆弧过渡、圆弧面底部设置一层减速材料以及管道前段挡板处的能量消耗，之后通过孔洞进入收集箱内部，落入收集箱底部经过锥面，水果自行调整位置，待收集箱满载后取出水果。

3创新要点

1.机电控制:通过STC89C52单片机控制步进电机的正反转实现闸线的收缩与伸展，以此控制机械爪的闭合与张开实现水果的采摘，降低了果农的劳动强度。

2.爪臂设计：本产品的机械爪上设计了自复位型按钮并且通过单片机对该按钮状态的检测来实现对抓取力的控制，防止抓取力度大造成对水果的损坏。

3.收集装置：收集过程的设计是在收集管道端口利用圆弧过渡和摩擦实现减速，箱内的锥度实现水果的摆放。

4结论

最终方案如图2，经过推理和分析及实验，证明本方案可行。

图2

参考文献:

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