2009年7月 农机化研究 第7期
果实采摘机械手的创新设计
金旭星
(无锡职业技术学院机械系,江苏无锡 214121)
摘 要:果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手,是一种为解决人们采摘高处果实而创新设计的工具。为此,对果实采摘机械手进行了创新设计。该机械手结构轻巧,操作灵便;采用齿形剪;能进行自动分级采摘,避免了二次分拣;果实大小的界限、,。关键词:果实;采摘机械手;创新设计
中图分类号:TP241.3;TH12 :1003-188X(2009)07-0139-03
0 引言
,但浪费严重,除贮藏、运输等因素外,摘效率低下也是一个重要原因。
目前,各国政府为增强地方经济,正相继开发大量旅游投资项目,纷纷举办各种采摘节,如苹果节、桃子节等,吸引了大量游客到果园采摘旅游,享受采摘的乐趣。如果能提供一种轻巧灵便的果实摘采器,不但会让游客增添采摘乐趣,而且保障了游客的安全及保护了果农的果树不受损坏。另外,果农可以少打矮壮素等农药,生产出更多的无公害果子,减少投入和污染,游客可以品尝到更新鲜卫生的水果。本文拟研究的果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手,是解决人们采摘高处果实难的工具,其最终目标是在确保果实不受物理损伤的前提下,提高劳动效率及消除高空作业的危险性。据多方调研,市场上尚未开发出相关产品,主要是大众对这方面的需求重视程度不够,本文的研究成果在第二届江苏省大学生机械创新设计大赛获奖,在整个调研、设计、制作过程中,课题组积极挖掘拓展了机械手的其余功能,并在不懈努力中取得了成功。
点比较,如表1所示。
表1 功能原理及特点
Tab.1 Functionprincipleandcharacteristic
类型吸附式抓拉式剪切式
优点
定位要求低、动作灵敏结构简单、操作方便结构简单,操作方便,对果实及枝条的伤害极小
缺点
需配备真空形成装置,对果实及枝条的伤害较大对果实及枝条伤害极大
定位要求高
综合表1,选剪切式功能原理最为合适。1.2 运动规律设计
要形成剪切运动,可以选择两种运动规律:一是让两刀片相对滑动而相切;二是让两刀片相对转动而相切。由于动力源离执行机构相距较远,且刀片的移动方向应接近水平,而动力输入应是竖直的,如图1
(a)所示。而对于实现两刀片相对转动这一要求,无论动力输入是移动还是转动,都可直接与执行机构灵活对接,不受运动方位限制。因此,选用两刀片相对转动的运动规律较为合适,如图1(b)所示。1.3 运动构型设计
如前所述,可确定动力由动力源直接远距离输送至执行机构,使活动刀片相对固定刀片转动。课题组成员敏锐地捕捉到普通自行车的刹车装置,如图2所示。以此构型作为驱动机构,不但简便快捷、效率高,而且易于实现剪切。
1 剪切功能的实现
1.1 功能原理分析
要实现剪切果实的功能,可以有多种功能原理实现,如吸附式、抓拉式、剪切式等。各种功能原理的特
2 分级功能的实现
2.1 功能原理分析
收稿日期:2008-10-11
作者简介:金旭星(1971-),男,浙江金华人,讲师,(E-mail)jinxux2
欲实现分级功能,功能原理比较多,不过单纯从机械机构上考虑,主要有两种选择:一是按照果实的质量来确定;二是按照果实的最大直径衡量。众所周
2009年7月 农机化研究 第7期
知,人们买卖果实、
评定价格均以后者为依据,前者则是果实筛选流水线上的首选,所以确定以后者为依据展开设计
。
于设计,如图3所示。但因活动分级板位置与活动剪位置相距较远,需多路输出,对后续尺度设计带来许多困难,且该方案对果实的大小界限是唯一的,显然不符合市场实际
。
31分级原理
Fig.3 Thegraduationprincipleofplan1
2)设想二:令按下刹车把(不放松),剪落果实
后,若为小果实,则直接落向小出口;若为大果实,则搁在小出口上,待放松刹车把后,打开大出口通道。
因此,必须设置大小两个果实出口,上为小出口,下为大出口。同时,设置一扇“门”式分级板与其配对,令其在剪切时处于掩盖大出口通道,放松刹车把时开启大出口通道,形成“傻瓜”式分级。
图1 运动规律设计
Fig.1 Designofmovement
rule
方案2结构示意图,如图4所示
。
图2 驱动机构
Fig.2 Theactuationstructure
2.2 运动规律设计
显然欲使果实被剪切后自动实现分级回料,必须设置两个果实出口,以分别回落大、小果实。鉴于采摘效率量,设计要求只允许一个动作,是一个严峻考验。以下是设计过程中的两个主要方案。
1)设想一:以活动剪与固定剪相交前让其自动“感应”果实大小,若为大果实,则大果实出口开启,而关闭小果实出口;若为小果实,则开启小果实出口,关闭大果实出口。驱动原理,如图2所示。若要完成上述运动规律,杠杆原理为首推方案。令活动分级板与活动剪联动,活动分级板初始位置关闭小出口,并随着活动剪的移动向大出口摆动。该方案简单明了,易
1.刹车把 2.通道 3.小出口 4.分级板 5.固定剪6.活动剪 7.复位弹簧 8.大出口 9.钢丝绳 10.支撑杆体
图4 方案2结构示意图
Fig.4 Structureschematicdrawingsofplan2
一手握住支撑杆,直接定位果实位置,将果茎落入活动剪与固定剪的空腔内;另一手按下刹车把,此时活动爪将绕底盘的铰链转动,直到使活动剪与固定
2009年7月 农机化研究 第7期
剪相切。与此同时,
下分级板斜向下移动至最底部,从而使下分级板不能相对上分级板转动,将大果实出口通道掩盖,仅露出小果实出口。果实茎被剪切后,果实自然落入小果实出口,若为小果实,则将直接落入小果实接收网框;若为大果实,则将搁在小果实出口上,待操纵把松手后,在复位弹簧的牵引下,活动爪将恢复原位。同时,上、下分级板也将提升,此时下分级板能够相对上分级板转动,大果实将在重力分力的作用下推动下分级板,向大果实出口自然滚动,最终进入大果实接收网框,从而完成了果实采摘分级的自动作业过程。图5即为该方案的实物照片
。
文关怀。
2)绿色环保:果树及枝条不再因受人为载荷而频繁损伤,环保意义深远。
3)适用性广:不但可适用苹果、梨、桃子、柿子等多种果实的采摘,还可用于修剪果树枝条。
4)经济卫生:果实不再与人手直接接触,果农可以少打矮壮素等农药,减少投入和污染,人们可以品尝到更新鲜卫生的水果。
5),减少浪费。
6),不会对果实造成物,避免了二次分拣,既。
8)果实大小界限、采摘高度范围均可调节,作业半径大。
9)结构轻巧,操作灵便,采摘与分级一气呵成。参考文献:
[1] 申永胜.机械原理[M].北京:清华大学出版社,2004.[2] 罗绍新.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2003.[3] 张春林.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,1999.[4] 王成焘.现代机械设计—思想与方法[M].上海:上海科
技文献出版社,1999.
图5 实物图片
Fig.5 Thepictureinkind
[5] 赵卫军.机械原理[M].西安:西安交通大学出版社,2003.[6] 龚振邦.机器人机械设计[M].北京:电子工业出版社,
1995.
[7] 王三民.机械原理与设计[M].北京:机械工业出版社,
2004.
3 主要功能与特点
1)保障人身安全:地面操纵,无需上树,体现人
TheManipulatorInnovationDesignforPickingFruit
JinXuxing
(DepartmentofMechanicalEngineering,WuxiInstituteofTechnology,Wuxi214121,China)
Abstract:Themanipulatorofpickingfruitisonekindofnewandpracticalmanipulatortohelpthepeoplepickthefruitinhighplace.It’sstructureisdexterous,theoperationisagile;Itcanpreciselylocalizationforusingthetoothcut;canautomaticallydividethefruitrankavoidingthemanualsort;Moreover,thefruitsizeboundaryandthepickingscopeallcanbewillfullyadjusted,Ithassomuchmarketprospectandmanywayscanbebenefitfromit.Keywords:fruit;pickingmanipulator;innovationdesign
2009年7月 农机化研究 第7期
果实采摘机械手的创新设计
金旭星
(无锡职业技术学院机械系,江苏无锡 214121)
摘 要:果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手,是一种为解决人们采摘高处果实而创新设计的工具。为此,对果实采摘机械手进行了创新设计。该机械手结构轻巧,操作灵便;采用齿形剪;能进行自动分级采摘,避免了二次分拣;果实大小的界限、,。关键词:果实;采摘机械手;创新设计
中图分类号:TP241.3;TH12 :1003-188X(2009)07-0139-03
0 引言
,但浪费严重,除贮藏、运输等因素外,摘效率低下也是一个重要原因。
目前,各国政府为增强地方经济,正相继开发大量旅游投资项目,纷纷举办各种采摘节,如苹果节、桃子节等,吸引了大量游客到果园采摘旅游,享受采摘的乐趣。如果能提供一种轻巧灵便的果实摘采器,不但会让游客增添采摘乐趣,而且保障了游客的安全及保护了果农的果树不受损坏。另外,果农可以少打矮壮素等农药,生产出更多的无公害果子,减少投入和污染,游客可以品尝到更新鲜卫生的水果。本文拟研究的果实采摘机械手是一种新型、实用的机械手,是解决人们采摘高处果实难的工具,其最终目标是在确保果实不受物理损伤的前提下,提高劳动效率及消除高空作业的危险性。据多方调研,市场上尚未开发出相关产品,主要是大众对这方面的需求重视程度不够,本文的研究成果在第二届江苏省大学生机械创新设计大赛获奖,在整个调研、设计、制作过程中,课题组积极挖掘拓展了机械手的其余功能,并在不懈努力中取得了成功。
点比较,如表1所示。
表1 功能原理及特点
Tab.1 Functionprincipleandcharacteristic
类型吸附式抓拉式剪切式
优点
定位要求低、动作灵敏结构简单、操作方便结构简单,操作方便,对果实及枝条的伤害极小
缺点
需配备真空形成装置,对果实及枝条的伤害较大对果实及枝条伤害极大
定位要求高
综合表1,选剪切式功能原理最为合适。1.2 运动规律设计
要形成剪切运动,可以选择两种运动规律:一是让两刀片相对滑动而相切;二是让两刀片相对转动而相切。由于动力源离执行机构相距较远,且刀片的移动方向应接近水平,而动力输入应是竖直的,如图1
(a)所示。而对于实现两刀片相对转动这一要求,无论动力输入是移动还是转动,都可直接与执行机构灵活对接,不受运动方位限制。因此,选用两刀片相对转动的运动规律较为合适,如图1(b)所示。1.3 运动构型设计
如前所述,可确定动力由动力源直接远距离输送至执行机构,使活动刀片相对固定刀片转动。课题组成员敏锐地捕捉到普通自行车的刹车装置,如图2所示。以此构型作为驱动机构,不但简便快捷、效率高,而且易于实现剪切。
1 剪切功能的实现
1.1 功能原理分析
要实现剪切果实的功能,可以有多种功能原理实现,如吸附式、抓拉式、剪切式等。各种功能原理的特
2 分级功能的实现
2.1 功能原理分析
收稿日期:2008-10-11
作者简介:金旭星(1971-),男,浙江金华人,讲师,(E-mail)jinxux2
欲实现分级功能,功能原理比较多,不过单纯从机械机构上考虑,主要有两种选择:一是按照果实的质量来确定;二是按照果实的最大直径衡量。众所周
2009年7月 农机化研究 第7期
知,人们买卖果实、
评定价格均以后者为依据,前者则是果实筛选流水线上的首选,所以确定以后者为依据展开设计
。
于设计,如图3所示。但因活动分级板位置与活动剪位置相距较远,需多路输出,对后续尺度设计带来许多困难,且该方案对果实的大小界限是唯一的,显然不符合市场实际
。
31分级原理
Fig.3 Thegraduationprincipleofplan1
2)设想二:令按下刹车把(不放松),剪落果实
后,若为小果实,则直接落向小出口;若为大果实,则搁在小出口上,待放松刹车把后,打开大出口通道。
因此,必须设置大小两个果实出口,上为小出口,下为大出口。同时,设置一扇“门”式分级板与其配对,令其在剪切时处于掩盖大出口通道,放松刹车把时开启大出口通道,形成“傻瓜”式分级。
图1 运动规律设计
Fig.1 Designofmovement
rule
方案2结构示意图,如图4所示
。
图2 驱动机构
Fig.2 Theactuationstructure
2.2 运动规律设计
显然欲使果实被剪切后自动实现分级回料,必须设置两个果实出口,以分别回落大、小果实。鉴于采摘效率量,设计要求只允许一个动作,是一个严峻考验。以下是设计过程中的两个主要方案。
1)设想一:以活动剪与固定剪相交前让其自动“感应”果实大小,若为大果实,则大果实出口开启,而关闭小果实出口;若为小果实,则开启小果实出口,关闭大果实出口。驱动原理,如图2所示。若要完成上述运动规律,杠杆原理为首推方案。令活动分级板与活动剪联动,活动分级板初始位置关闭小出口,并随着活动剪的移动向大出口摆动。该方案简单明了,易
1.刹车把 2.通道 3.小出口 4.分级板 5.固定剪6.活动剪 7.复位弹簧 8.大出口 9.钢丝绳 10.支撑杆体
图4 方案2结构示意图
Fig.4 Structureschematicdrawingsofplan2
一手握住支撑杆,直接定位果实位置,将果茎落入活动剪与固定剪的空腔内;另一手按下刹车把,此时活动爪将绕底盘的铰链转动,直到使活动剪与固定
2009年7月 农机化研究 第7期
剪相切。与此同时,
下分级板斜向下移动至最底部,从而使下分级板不能相对上分级板转动,将大果实出口通道掩盖,仅露出小果实出口。果实茎被剪切后,果实自然落入小果实出口,若为小果实,则将直接落入小果实接收网框;若为大果实,则将搁在小果实出口上,待操纵把松手后,在复位弹簧的牵引下,活动爪将恢复原位。同时,上、下分级板也将提升,此时下分级板能够相对上分级板转动,大果实将在重力分力的作用下推动下分级板,向大果实出口自然滚动,最终进入大果实接收网框,从而完成了果实采摘分级的自动作业过程。图5即为该方案的实物照片
。
文关怀。
2)绿色环保:果树及枝条不再因受人为载荷而频繁损伤,环保意义深远。
3)适用性广:不但可适用苹果、梨、桃子、柿子等多种果实的采摘,还可用于修剪果树枝条。
4)经济卫生:果实不再与人手直接接触,果农可以少打矮壮素等农药,减少投入和污染,人们可以品尝到更新鲜卫生的水果。
5),减少浪费。
6),不会对果实造成物,避免了二次分拣,既。
8)果实大小界限、采摘高度范围均可调节,作业半径大。
9)结构轻巧,操作灵便,采摘与分级一气呵成。参考文献:
[1] 申永胜.机械原理[M].北京:清华大学出版社,2004.[2] 罗绍新.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2003.[3] 张春林.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,1999.[4] 王成焘.现代机械设计—思想与方法[M].上海:上海科
技文献出版社,1999.
图5 实物图片
Fig.5 Thepictureinkind
[5] 赵卫军.机械原理[M].西安:西安交通大学出版社,2003.[6] 龚振邦.机器人机械设计[M].北京:电子工业出版社,
1995.
[7] 王三民.机械原理与设计[M].北京:机械工业出版社,
2004.
3 主要功能与特点
1)保障人身安全:地面操纵,无需上树,体现人
TheManipulatorInnovationDesignforPickingFruit
JinXuxing
(DepartmentofMechanicalEngineering,WuxiInstituteofTechnology,Wuxi214121,China)
Abstract:Themanipulatorofpickingfruitisonekindofnewandpracticalmanipulatortohelpthepeoplepickthefruitinhighplace.It’sstructureisdexterous,theoperationisagile;Itcanpreciselylocalizationforusingthetoothcut;canautomaticallydividethefruitrankavoidingthemanualsort;Moreover,thefruitsizeboundaryandthepickingscopeallcanbewillfullyadjusted,Ithassomuchmarketprospectandmanywayscanbebenefitfromit.Keywords:fruit;pickingmanipulator;innovationdesign