【正文】 到采摘器在采摘水果的實(shí)際過(guò)程中，并不是處于理想狀態(tài)，所受的力產(chǎn)生的最大彎矩，可在理想狀態(tài)的最大靜彎矩前乘一動(dòng)載系數(shù)k，由于采摘器采摘時(shí)的工作環(huán)境狀況較好，取k=2~3，此動(dòng)載系數(shù)考慮了實(shí)際操作中遇到的最大障礙時(shí)的載荷增值。因此采摘頭的受力可以簡(jiǎn)化為圖37的懸臂梁模型:圖中，F(xiàn)為采摘頭的總重量和切割水果的力之和，由于切割水果是轉(zhuǎn)矩不大，計(jì)算時(shí)可忽略。(3)采摘水果時(shí)的扭矩太小忽略不計(jì)()。據(jù)圖36所示，為了初步確定采摘頭的截面尺寸，須作以下幾點(diǎn)假設(shè):(l)采摘頭簡(jiǎn)化為圓柱形懸臂梁。鋸片外徑為50mm，鋸片內(nèi)孔直徑為5mm。實(shí)物圖如下:(*1)型號(hào)的12V直流電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)外形尺寸如下圖所示:(*1)型號(hào)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)(*1)modelfordcparametersRS380PH3270(*1)型號(hào)的12V直流電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量為155克，空載時(shí)的轉(zhuǎn)速為16400r/min，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速為14110r/min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采摘水果，如蘋(píng)果、桃、梨、柑橘等，電動(dòng)機(jī)的功率5W左右，轉(zhuǎn)速在5000r/min以上就能達(dá)到使用要求。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)。一、電動(dòng)機(jī)的選用電動(dòng)機(jī)用于帶動(dòng)圓形鋸盤(pán)切割果梗，果梗不算太硬，要求的功率不是很大，但當(dāng)鋸片靠近時(shí)水果的果梗是，水果會(huì)有遠(yuǎn)離刀片方向的運(yùn)動(dòng)，為了順利切下水果就需要電動(dòng)機(jī)具有很高的轉(zhuǎn)速。拉索可用自行車(chē)剎車(chē)鋼絲繩做成。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)一端由閘繩，控制手柄與伸縮手臂活動(dòng)鏈接，另一端由旋轉(zhuǎn)盤(pán)與采摘機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)固定連接，而旋轉(zhuǎn)盤(pán)的另一端由旋轉(zhuǎn)軸與采摘器頭活動(dòng)鏈接。采摘機(jī)構(gòu)由采摘頭，電動(dòng)機(jī)，圓形鋸盤(pán)組成。綜合以上所述，采摘器選用電動(dòng)的剪切式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)及枝條的傷害極小，且能減輕力氣，可調(diào)節(jié)方向的設(shè)計(jì)可以很好的滿足定位要求，對(duì)于各個(gè)方向的水果都能實(shí)現(xiàn)可靠安全的采摘。氣壓式整體輕便，不污染環(huán)境，能源豐富但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣壓技術(shù)復(fù)雜。機(jī)械式的雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是操作并不省力，采摘效率不高。剪切式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)及枝條的傷害極小，但定位要求高。吸附式雖然定位要求低、動(dòng)作靈敏但是需配備真空形成裝置，且對(duì)果實(shí)及枝條的傷害較大。該裝置能夠方便地切斷果梗,并大大的降低了裝置的復(fù)雜性和對(duì)夾緊力控制精度的要求。還有一種采摘機(jī)器人采用果梗激光切斷裝置，其由激光發(fā)生控制單元和果梗聚焦切斷單元組成。日本的三重大學(xué)開(kāi)發(fā)了在采摘水果時(shí)不需要直接接觸到水果的本體，而只需要抓住果莖的軟質(zhì)水果的采摘機(jī)器人。目前研制成功多種無(wú)手指夾持的采摘機(jī)器人。一般來(lái)說(shuō)，手指的數(shù)量越多，采摘的效果就越好，但控制也就越變得更復(fù)雜。為了避免碰傷果實(shí)，大多數(shù)的采摘機(jī)器人都在接觸果實(shí)的手指內(nèi)側(cè)部位采用尼龍或橡膠材料。對(duì)于水果的采摘方式，多數(shù)的采摘機(jī)器人采用用刀剪斷果莖或直接用手爪擰斷果莖。要實(shí)現(xiàn)剪切果實(shí)的功能，可以有多種功能原理實(shí)現(xiàn)，按水果從果蒂分離的方式可分為吸附式、抓拉式、剪切式等?；谏炜s式機(jī)械手臂水果采摘裝置操作簡(jiǎn)單，采摘水果速度快，采摘水果完好，保質(zhì)保量。所采摘的水果掉進(jìn)圓形口的接收裝置25，再順著傳遞裝24置，安全的到達(dá)地面。接著一手握住手柄19，一手握住手臂，移動(dòng)機(jī)械手臂靠近需要采摘的水果時(shí)，目測(cè)水果的方向，緩緩的捏緊控制手柄18使得圓形鋸盤(pán)1在旋轉(zhuǎn)盤(pán)3的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)到與水果的果蒂相垂直。采摘水果前，操作人員可以先按需要將伸縮手臂上的箍環(huán)13打開(kāi)，并握住內(nèi)管12的前端將其從外管14中抽出，等到伸縮式機(jī)械手臂的總長(zhǎng)度，加上采摘人員的身高接近需要采摘的水果的高度時(shí)再擰緊箍環(huán)13。萬(wàn)向穩(wěn)定連桿為特殊材料制成，可向任意方向彎曲。水果的輸送裝置由伸展收縮的組織組成，上寬下窄，整個(gè)傳送裝置管道每隔一段設(shè)有搭扣與伸縮式機(jī)械手臂連接，保證果實(shí)從高處安全順利的傳送至地面。采摘頭一端與機(jī)械手臂相連，另一端與旋轉(zhuǎn)盤(pán)活動(dòng)鏈接，圓形鋸盤(pán)固定連接在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)一端由閘繩，控制手柄與伸縮手臂活動(dòng)鏈接，另一端由旋轉(zhuǎn)盤(pán)與采摘機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)固定連接，而旋轉(zhuǎn)盤(pán)的另一端由旋轉(zhuǎn)軸與采摘器頭活動(dòng)鏈接，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和工作原理都類(lèi)似于自行車(chē)的手閘系統(tǒng)。手臂上還裝有控制手柄，電源控制開(kāi)關(guān)，手臂下端和手持固定部分連接。它由伸縮式機(jī)械手臂，采摘器(包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，采摘機(jī)構(gòu))，接收裝置，傳送裝置，手持固定部分組成。水果的生產(chǎn)業(yè)以個(gè)體經(jīng)營(yíng)為主，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，采摘器的價(jià)格不能太高，否則會(huì)就很難普及。2基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置的總體設(shè)計(jì)基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘器是一種實(shí)用新型的設(shè)計(jì)，是一種解決人們采摘高處水果難而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工具，因其用途的特殊性，其總體設(shè)計(jì)因追尋以下兩大原則:(1)可操作性原則:果蔬采摘機(jī)器人操作者是知識(shí)水平較低的普通農(nóng)民，不是具有機(jī)電知識(shí)的專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員，因此要求果蔬采摘機(jī)器人操作技術(shù)不能太復(fù)雜，必須具有很高可靠性和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。(5)手持固定部分:增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，降低采摘員手腕疲勞程度。(3)接收裝置:實(shí)現(xiàn)解決果實(shí)從高處落下收集到指定的位置。設(shè)計(jì)內(nèi)容:(1)伸縮式機(jī)械手臂:手臂簡(jiǎn)單自如地轉(zhuǎn)向和收縮。該采摘裝置只需要把電動(dòng)機(jī)換為位功率更大的，圓形鋸盤(pán)換更大的，就可以進(jìn)行果樹(shù)的修枝。基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置有很強(qiáng)的兼容性。因此，除了由于果樹(shù)本身的調(diào)節(jié)能力，使發(fā)育不良的花和幼果自然脫落外，還需平時(shí)人工摘除多余的花和果，才能滿足生產(chǎn)上的要求，俗話說(shuō):看樹(shù)定產(chǎn)，分枝負(fù)擔(dān)，均勻留果，只有科學(xué)合理地疏果，才能減少養(yǎng)分消耗，提高坐果率和水果的品質(zhì)。在氣候適宜開(kāi)花多的年份，如果一株成年蘋(píng)果樹(shù)有5%的花、桃樹(shù)有15%~20%的花結(jié)的果實(shí)能達(dá)到成熟，就可以獲得豐收。采用采摘器還可以方便平時(shí)蔬果，清除壞果、次果，便于果樹(shù)管理。手持固定部分還可增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，降低采摘員在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中手腕疲勞程度。采摘器采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)到刀片轉(zhuǎn)動(dòng)的方式切割果梗，操作時(shí)只需輕輕地握住手柄就能調(diào)整采摘器的方向，適合各種位置的高枝水果，節(jié)省勞動(dòng)力，提高效率。本課題將進(jìn)行基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置的設(shè)計(jì)，構(gòu)型簡(jiǎn)單，操作方便。在《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》規(guī)定的國(guó)家政策鼓勵(lì)下，農(nóng)業(yè)將進(jìn)一步的朝著機(jī)械化方向發(fā)展。目前急需一種介于兩者之間的，便于操作，價(jià)格低廉，效率較高的機(jī)械手臂?，F(xiàn)階段的機(jī)械手存在兩種極端:一是含有自主行動(dòng)功能的技術(shù)含量極高的類(lèi)型，價(jià)格昂貴不適合丘陵地帶小型果園。國(guó)家支持有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)和院校加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)技術(shù)研究，根據(jù)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和農(nóng)民需求，研究開(kāi)發(fā)先進(jìn)適用的農(nóng)業(yè)機(jī)械，支持農(nóng)業(yè)機(jī)械科研、教學(xué)與生產(chǎn)、推廣相結(jié)合，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求相適應(yīng)。機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能見(jiàn)到它的身影，農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用尚屬空缺。農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，是黨和國(guó)家各級(jí)政府，農(nóng)機(jī)科研、生產(chǎn)、推廣部門(mén)始終堅(jiān)持的方向。2009年中央一號(hào)文件明確指出要加快研發(fā)適合丘陵山區(qū)使用的輕便農(nóng)業(yè)