基于慧魚(yú)模型的草莓采集手推車設(shè)計(jì)

李 雷，王思佳，唐義超

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

當(dāng)前國(guó)內(nèi)草莓種植方式主要為壟作栽培，該方式限制了自動(dòng)化收獲的發(fā)展，采摘收集仍以人工作業(yè)為主，需長(zhǎng)期蹲下或彎腰，勞動(dòng)強(qiáng)度高、健康損害大。針對(duì)上述問(wèn)題，文章利用慧魚(yú)模型設(shè)計(jì)了一種草莓采集手推車，用以輔助人工進(jìn)行采摘收集。慧魚(yú)模型是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，具有簡(jiǎn)易性、靈活性、牢固性等特點(diǎn)，能很好驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

1 整體設(shè)計(jì)

本草莓采集手推車用以輔助現(xiàn)有人工進(jìn)行草莓采摘收集，由單人推動(dòng)手推車在草莓種植地壟間行進(jìn)作業(yè)。其把手處為控制面板（多個(gè)慧魚(yú)輸入開(kāi)關(guān)），車身底部安裝有萬(wàn)向輪，車身一側(cè)為采摘裝置，另一側(cè)為傳送裝置，傳送裝置頂部為收集裝置。圖1為利用慧魚(yú)模型搭建的草莓采集手推車實(shí)物圖。

圖1 草莓采集手推車慧魚(yú)模型實(shí)物圖

工作時(shí)，人工識(shí)別草莓分布位置與成熟情況，操控控制面板，將采摘執(zhí)行器移動(dòng)至草莓處，吸附器吸住草莓；吸住草莓后，切割器旋轉(zhuǎn)伸出對(duì)草莓莖進(jìn)行切割；摘下草莓后，傳送裝置將草莓傳送至小車頂部，收集裝置將草莓按序排列收集入收集盒中，一盒滿后從手推車上取出并換上新的空盒，由此完成輔助人工采集。

2 模塊設(shè)計(jì)

（1）采摘裝置設(shè)計(jì)。采摘裝置由移動(dòng)定位裝置、采摘執(zhí)行器組成。移動(dòng)定位裝置具有2個(gè)位移自由度和1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，由人工操控控制面板進(jìn)行控制，用以移動(dòng)和定位采摘執(zhí)行器。采摘執(zhí)行器由吸附器和切割器組成。吸附器通過(guò)氣泵抽取空氣，在波紋吸盤處產(chǎn)生負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)草莓的吸附、運(yùn)送和釋放；切割器通過(guò)氣缸活塞桿推出空心杯電機(jī)，空心杯電機(jī)帶動(dòng)圓形刀片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)草莓莖的切割。

通過(guò)車體的移動(dòng)及上述3個(gè)自由度，吸附器和切割器可實(shí)現(xiàn)同步的水平移動(dòng)、上升下降、伸出縮回，以及刀片和吸盤朝向的微調(diào)，從而更好適應(yīng)草莓的生長(zhǎng)位置和姿態(tài)。

（2）傳送裝置設(shè)計(jì)。傳送裝置由傳送帶和傳送盒循環(huán)裝置組成。摘下草莓后，吸附器將草莓運(yùn)放至傳送帶上，傳送帶將草莓水平運(yùn)送至傳送盒中，傳送盒再將草莓豎直運(yùn)送至手推車頂部，草莓到達(dá)頂部時(shí)，由凸輪間歇機(jī)構(gòu)將傳送盒里的草莓推出，傳送盒再繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)工作。

傳送期間光電晶體管接收信號(hào)因草莓遮擋而發(fā)生躍變，由此實(shí)現(xiàn)草莓計(jì)數(shù)、傳送帶啟停、傳送盒啟停等功能。傳送帶和多個(gè)傳送盒配合工作，保證草莓的順利傳送。

（3）收集裝置設(shè)計(jì)。收集裝置由可旋轉(zhuǎn)三擋片和收集盒組成。草莓從傳送盒中推出后自由落入斜板上，其上的可旋轉(zhuǎn)三擋片將草莓軌跡限制在一側(cè)，草莓落入收集盒一側(cè)，當(dāng)下一個(gè)草莓落入時(shí)，推動(dòng)可旋轉(zhuǎn)三擋片，草莓軌跡便被限制在另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)草莓的同行分列排列；收集盒底面鋪有波浪形海綿墊，實(shí)現(xiàn)草莓的間布和保護(hù)，收集盒通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)水平移動(dòng)，一行草莓滿后收集盒移動(dòng)一格，實(shí)現(xiàn)分行收集草莓。一盒裝滿后提示聲響起，提醒操作人員取出并換上新的空盒，進(jìn)行下一輪的工作。

3 程序設(shè)計(jì)

程序通過(guò)與慧魚(yú)模型配套的ROBO Pro軟件進(jìn)行編制。本手推車是一種半自動(dòng)化設(shè)備，其半自動(dòng)化主要體現(xiàn)在肉眼分辨草莓、人工移動(dòng)定位采摘執(zhí)行器，而草莓的傳送和收集則由程序自動(dòng)控制。圖2為程序功能流程圖。

圖2 程序功能流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本草莓采集手推車的設(shè)計(jì)規(guī)避了現(xiàn)有草莓自動(dòng)化收獲研究面臨的一些問(wèn)題，集采摘、傳送、收集功能于一體，具有草莓損傷小、適用范圍廣、成本低、易使用等優(yōu)點(diǎn)，有利于促進(jìn)草莓種植業(yè)快速發(fā)展，且利用慧魚(yú)模型驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，對(duì)商品化生產(chǎn)及推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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