半自动辅助摘果机设计与研究

半自动辅助摘果机设计与研究

潘柱德董子晨唐芳萍王乾硕杨新宇

（桂林电子科技大学信息科技学院，桂林541004）

【基金项目】本文系2017年广西自治区级大学生创新创业训练计划项目“半自动辅助摘果机设计与研究”（201713644024）研究成果。

摘要：目前，国内市场上所见的水果采摘机种类各异，大部分采摘机功能单一，且效率低，而以大型机械为平台的采摘机在市场上十分常见，但大部分果农因种植面积、种植环境和经济限制等因素，难以消费得起大型采摘机械，不符合我国国情。故本设计研究以简便的智能机械杆且可与简易输送装置及装运小车相结合的平台设计无线半自动辅助摘果装置，不仅使果农能消费得起，还能使果农拿到机械就能快速上手操作。

关键词：摘果机；半自动；结构设计

1.引言

国内市场上，以大型机械为平台的采摘机在市场上十分常见，但却不符合我国国情，尤其是对一些小面积种植的零散果农很难消费得起大型采摘设备。本文设计的无线半自动摘果机以辅助果农为主，适用于苹果，桃子等高挂水果的采摘，高度可自由调节，即从高度，效率，安全，经济等方面解决果农问题，减轻果农的劳动强度。半自动辅助摘果机相对于全自动摘果机来说性价比高，适合中国小规模农业模式跟家庭模式，因此，效率高、安全性能强、低价位的半自动辅助摘果机有很大的市场空间。

2.机械结构设计

无线半自动辅助摘果机主要有伸缩机构、剪切机构和传送缓冲机构组成。其中伸缩机构选用轻巧、耐用的炭纤维或铝合金材料，伸缩装置采用手动伸缩，伸缩距离至少3米；无线半自动摘果机伸缩杆的末端为剪切机构，采用剪切式，利用舵机控制的剪刀实现剪断果柄的功能；水果传送缓冲机构采用特制布袋或软管，其中都有缓冲装置，可以更有效的保护水果不被破坏以及剪切的方便，易携带。无线让消费者易携带与操作；本无线半自动摘果机解决了需要人力去剪果柄及摘一个果放一个果低效率的问题，缩短采摘的时间，同时也解决了果农爬树的问题，安全性高。

图1机械结构图

3.控制部分硬件设计

本设计的舵机采用防水大扭矩金属舵机，驱动电路拟采用电机集成驱动芯片或单片机，如L298,UCN5804,ULN2003或STC89C51等；

舵机采用三线控制，即GND、POWER和control（PWM）。PWM通过占空比来控制舵机，占空比周期T=20ms,高电平方波持续时间为0.5ms～2.5ms.对应舵机角度如图2所示。对于t=0.5ms～2.5ms的产生，写程序时我们可以采用全局变量。让全局变量等于5～25之间，因为舵机的一个计数周期是0.1ms，这样全局变量的5～25正好就是0.5ms～2.5ms。PWM波产生机理：将信号管脚线初始化为低电平，然后用while循环，在循环中将该管脚置为为高电平，延时，再拉低为低电平，如此循环产生PWM波，以高电平产生时间来控制舵机转动角度：

图2舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系

此外，本系统电源供电采用USB接口供电；该系统是利用单片机最小系统进行控制，电控原理图如图3所示。

图3电控原理图

4.软件设计

本设计采用蓝牙通信，实现了无线控制，让结构更加简洁。本设计的部分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.结束语

本半自动辅助摘果机，体积小巧，方便携带，可在中国大部分果园和私人家庭里使用，辅助果农采摘高处的果实。该机械采用电池供电和无线蓝牙控制，操作简单，效率高；半自动辅助摘苹果机的智能机械杆解决了需要人力去剪果柄及摘一个果放一个果低效率的问题，缩短了采摘的时间，同时也解决了果农爬树的问题，提高了安全性。

参考文献

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[2]濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2006.5

[3]吴宗泽,机械设计使用手册(第二版).北京:化学工业出版社,2003.10

[4]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版).北京:高等教育出版社,2006.5

[5]张春林,曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.4

[6]曾孔庚.全自动摘果机的发展趋势.全自动摘果机技术与应用论坛.