“多功能振动采收机械手臂及采摘头设计”文献综述
摘要
果实采收机械中主要的部分就是振动装置、机械臂以及采摘头，将这三个部分用不同的形式结合在一起往往会得到不同的采收机械。对于振动装置而言，国内外常用偏心机构实现激振效果，美国就以曲柄滑块机构设计出一些果实采收机械；国内也利用偏心块的结构特点设计出一些振动采收机械。对于机械臂而言，国内外常采用5或6个自由度的机械臂，日本就用5个自由度的机械臂设计出苹果采摘机械，但是采摘范围有限容易损伤果实；国内也采用了5个自由度机械臂设计出一些装置，对于振动采收而言基本可以实现工作。对于采摘头而言，美国设计了一种夹持装置，用来夹持树干实现振摇采收，夹持装置内还配备压缩垫结构，减少对于树干的损伤；国内设计的一款梳刷振动采摘头，工作时伸入树冠，通过拨杆的自由回转击打树枝实现采收。
关键词：振动装置；机械臂；采摘头
Title: design of multi-function vibration harvesting mechanical arm and picking head
Abstract
The main parts of a fruit harvesting machine are a vibration device, a robot arm, and a picking head. Combining these three parts in different forms often results in different harvesting machines. For the vibration device, the eccentric mechanism is commonly used at home and abroad to achieve the excitation effect. The United States has designed some fruit harvesting machines with a crank slider mechanism; domestically, it has also designed some vibration harvesting machines using the structural characteristics of the eccentric block. As for the mechanical arm, 5 or 6 degrees of freedom are often used at home and abroad. Japan uses 5 degrees of freedom to design the apple picking machine, but the picking range is limited and it is easy to damage the fruit. China also uses 5 The DOF robot arm has designed some devices that can basically work for vibration harvesting. For the picking head, the United States has designed a clamping device for clamping the trunk to achieve shaking harvesting. The clamping device is also equipped with a compression pad structure to reduce damage to the trunk; a domestically designed brush vibration The picking head is extended into the canopy when working, and the branch is hit by the free rotation of the lever to achieve harvesting.
Keywords: multi-function; vibration device; mechanical arm; picking head
1．研究背景、目的与意义
我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一大水果消费国，在我国，水果产业是种植业中仅次于粮食和蔬菜的第三大产业，在国民经济中占有非常重要的地位[[1]]。根据统计，我国水果产业发展迅速，种植面积从1990年的5179千公顷，发展到如今达到了13000千公顷的规模，种植面积扩大，其中苹果、柑橘、香蕉、梨果树的种植面积更是占到了水果种植总面积的一半[[2]]。水果产量达到了9.8吨，苹果产量有2.8吨，柑橘有2.0吨，梨有1.3吨；干果中的核桃、板栗、枣产量加起来也有0.39吨[[3]]。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求，大规模的种植需要有更先进的采摘设备配套，这样才能提高产量的同时给经济带来更好的发展，但是目前国内果树果实成熟后主要依靠人工采摘和收集的方式来完成收获作业。人工收获存在动强度大，劳动成本高，采摘效率低等缺点，如果人手不够不及时采摘还会造成经济损失，人工采收费用约占成本的50%-70%，随着林果产业的发展，以及社会生活的需求，人工采收收集的方式已经无法满足当前生产力的要求，林果采收面临的问题越来越严峻。
因此，机械化收获已成为林果产业发展的一个必然趋势。目前常用的果品机械化采收技术多采用振动方式使果实与植株分离，其优势在于可以较快、有效地分离成熟的果实，适合于大面积果品采收。振动式又分为气力振动、连续式振动和撞击振动采收等方式。机械振动采收是林果机械化采收重要方式之一，它具有效率高、人工成本低、采摘效果好等优点。但是目前市场上振动采收机作业模式较为单一，一个大机械往往只适用于特定果种作业，果农针对不同种植模式的林果需要购买与之匹配的机械，大大增加了生产成本，对于果农而言经济效益低。本研究是设计一款多功能振动采收机械手臂及采摘头，用振摇式和梳刷式采摘头，对与不同果实都可以进行有效采收，对于同一棵树上不同成熟度的果实也可以实现小区域范围内的定位采收，实现一机多用，一机共享，用以解决当下采摘机械适用范围小的问题，使果实采收工作更加便捷，在提高林果采收效率的同时，大大降低生产成本。
2． 国内外研究现状
2.1振动采收装置研究概况：
综合林果采收装置发展可以发现，振动式采收装置是用的最多的林果采收装置，连续式振动采收机的采收原理为：用振动夹持头夹住要采收果树的树干或者成熟部分的树枝，给以不同程度的频率的振动力，该振动力作用在夹持部位，使该部位产生往复运动，当往复运动对特定部位产生一定的作用效果时，果实与果枝分离。根据激振力的作用形式划分振动装置，大致可以分为采用曲柄滑块机构或对称偏心块组合产生单方向的往复直线运动；以及采用末端执行器或偏心块组合形成平面内的周期性圆周激励或非圆周激励，以此产生的二维平面内的周期性平面运动[[4]]。根据采收机械作用的位置不同可以把采收机分为树干式和树枝式采收机。图1图2为正在用树干振动采收装置采收果实。
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