半自動輔助摘果機設(shè)計與研究

　　摘要：目前，國內(nèi)市場上所見的水果采摘機種類各異，大部分采摘機功能單一，且效率低，而以大型機械為平臺的采摘機在市場上十分常見，但大部分果農(nóng)因種植面積、種植環(huán)境和經(jīng)濟限制等因素，難以消費得起大型采摘機械，不符合我國國情。故本設(shè)計研究以簡便的智能機械桿且可與簡易輸送裝置及裝運小車相結(jié)合的平臺設(shè)計無線半自動輔助摘果裝置，不僅使果農(nóng)能消費得起，還能使果農(nóng)拿到機械就能快速上手操作。

　　關(guān)鍵詞：摘果機；半自動；結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1.引言

　　國內(nèi)市場上，以大型機械為平臺的采摘機在市場上十分常見，但卻不符合我國國情，尤其是對一些小面積種植的零散果農(nóng)很難消費得起大型采摘設(shè)備。本文設(shè)計的無線半自動摘果機以輔助果農(nóng)為主，適用于蘋果，桃子等高掛水果的采摘，高度可自由調(diào)節(jié)，即從高度，效率，安全，經(jīng)濟等方面解決果農(nóng)問題，減輕果農(nóng)的勞動強度。半自動輔助摘果機相對于全自動摘果機來說性價比高，適合中國小規(guī)模農(nóng)業(yè)模式跟家庭模式，因此，效率高、安全性能強、低價位的半自動輔助摘果機有很大的市場空間。

　　2.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　無線半自動輔助摘果機主要有伸縮機構(gòu)、剪切機構(gòu)和傳送緩沖機構(gòu)組成。其中伸縮機構(gòu)選用輕巧、耐用的炭纖維或鋁合金材料，伸縮裝置采用手動伸縮，伸縮距離至少3米；無線半自動摘果機伸縮桿的末端為剪切機構(gòu)，采用剪切式，利用舵機控制的剪刀實現(xiàn)剪斷果柄的功能；水果傳送緩沖機構(gòu)采用特制布袋或軟管，其中都有緩沖裝置，可以更有效的保護水果不被破壞以及剪切的方便，易攜帶。無線讓消費者易攜帶與操作；本無線半自動摘果機解決了需要人力去剪果柄及摘一個果放一個果低效率的問題，縮短采摘的時間，同時也解決了果農(nóng)爬樹的問題，安全性高。

　　3.控制部分硬件設(shè)計

　　本設(shè)計的舵機采用防水大扭矩金屬舵機，驅(qū)動電路擬采用電機集成驅(qū)動芯片或單片機，如L298,UCN5804,ULN2003或STC89C51等；

　　舵機采用三線控制，即GND、POWER和control（PWM）。PWM通過占空比來控制舵機，占空比周期T=20ms,高電平方波持續(xù)時間為0.5ms～2.5ms.對應(yīng)舵機角度如圖2所示。對于t=0.5ms～2.5ms的產(chǎn)生，寫程序時我們可以采用全局變量。讓全局變量等于5～25之間，因為舵機的一個計數(shù)周期是0.1ms，這樣全局變量的5～25正好就是0.5ms～2.5ms。PWM波產(chǎn)生機理：將信號管腳線初始化為低電平，然后用while循環(huán)，在循環(huán)中將該管腳置為為高電平，延時，再拉低為低電平，如此循環(huán)產(chǎn)生PWM波，以高電平產(chǎn)生時間來控制舵機轉(zhuǎn)動角度：

　　圖2舵機輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號脈沖寬度的關(guān)系

　　此外，本系統(tǒng)電源供電采用USB接口供電；該系統(tǒng)是利用單片機最小系統(tǒng)進行控制，電控原理圖如圖3所示。

　　圖3電控原理圖

　　4.軟件設(shè)計

　　本設(shè)計采用藍牙通信，實現(xiàn)了無線控制，讓結(jié)構(gòu)更加簡潔。本設(shè)計的部分MAIN程序如下：

　　#include"pan.h"

　　u8car_num;

　　u8receive_signal=0;

　　voidmain(void)

　　{

　　init();

　　while(1)

　　{

　　fun_keyscan();

　　passwd_keyscan();

　　}

　　}

　　voidser()interrupt4

　　{

　　RI=0;

　　receive_signal=SBUF;

　　}

　　5.結(jié)束語

　　本半自動輔助摘果機，體積小巧，方便攜帶，可在中國大部分果園和私人家庭里使用，輔助果農(nóng)采摘高處的果實。該機械采用電池供電和無線藍牙控制，操作簡單，效率高；半自動輔助摘蘋果機的智能機械桿解決了需要人力去剪果柄及摘一個果放一個果低效率的問題，縮短了采摘的時間，同時也解決了果農(nóng)爬樹的問題，提高了安全性。

　　參考文獻

　　[1]金清肅,機械設(shè)計課程設(shè)計(第一-版)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2007.10

　　[2]濮良貴,紀名剛.機械設(shè)計(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2006.5

　　[3]吳宗澤,機械設(shè)計使用手冊(第二版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.10

　　作者潘柱德董子晨唐芳萍王乾碩楊新宇

《半自動輔助摘果機設(shè)計與研究》

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