基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋(píng)果采摘裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

基 于 負(fù) 壓 吸 力 的 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 與 試 驗(yàn) 馬 少 春, 謝 瑞 培, 黃 奇, 劉 銘 ( 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 工 學(xué) 院, 北 京 100083) 摘 要: 由 于 末 端 執(zhí) 行 器 直 接 接 觸 果 實(shí), 往 往 會(huì) 因 為 夾 持 力 過(guò) 大 而 壓 傷 果 實(shí), 因 此 研 究 一 種 更 加 可 靠 的 末 端 執(zhí) 行 器 顯 得 至 關(guān) 重 要。 本 研 究 創(chuàng) 新 地 設(shè) 計(jì) 出 一 種 能 夠 滿 足 蘋(píng) 果 采 摘 需 求 的 機(jī) 構(gòu) 基 于 負(fù) 壓 吸 力 的 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置。 通 過(guò) 一 系 列 方 案 分 析 和 采 摘 試 驗(yàn) 驗(yàn) 證 此 采 摘 裝 置 的 可 行 性, 結(jié) 果 表 明: 用 本 裝 置 進(jìn) 行 采 摘 作 業(yè) 時(shí), 每 個(gè) 果 實(shí) 的 采 摘 時(shí) 間 均 值 為3.19s, 與 人 工 采 摘 時(shí) 間 相 近 1 ; 收 獲 果 實(shí) 損 傷 率 低,1 級(jí) 特 等 品 占85%。 關(guān) 鍵 詞: 機(jī) 械 化 采 摘; 負(fù) 壓; 便 攜 式; 蘋(píng) 果 中 圖 分 類 號(hào): S225.93       文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼: A 文 章 編 號(hào):1003-188X(2018)09-0158-04 0 引 言 2014 年, 全 國(guó) 蘋(píng) 果 栽 培 面 積2272.20khm 2 , 蘋(píng) 果 產(chǎn) 量4292.32 萬(wàn)t, 占 全 國(guó) 水 果 栽 培 總 面 積 和 總 產(chǎn) 量 的18.37% 和15.65% 2 。 隨 著 水 果 種 植 業(yè) 的 迅 速 發(fā) 展, 果 園 機(jī) 械 的 市 場(chǎng) 需 求 不 斷 提 升。 果 園 作 業(yè) 中, 采 摘 作 業(yè) 所 用 勞 動(dòng) 力 占 整 個(gè) 生 產(chǎn) 過(guò) 程 的33%50% 3 。 隨 著 人 口 老 齡 化 的 加 劇, 人 工 采 摘 成 本 不 斷 提 高 4 。 因 此, 發(fā) 展 鮮 食 蘋(píng) 果 的 機(jī) 械 化 收 獲 技 術(shù), 研 究 開(kāi) 發(fā) 蘋(píng) 果 采 摘 機(jī) 械, 對(duì) 改 善 人 工 采 摘 現(xiàn) 狀 具 有 重 要 的 意 義。 目 前, 在 試 驗(yàn) 室 研 究 階 段, 蘋(píng) 果 采 摘 機(jī) 械 被 越 來(lái) 越 多 地 應(yīng) 用 于 果 實(shí) 收 獲 過(guò) 程, 常 用 的 機(jī) 械 模 式 為 抓 取 式 5 。 其 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 模 擬 人 工 采 摘 過(guò) 程, 直 接 接 觸 目 標(biāo) 物, 確 保 采 摘 穩(wěn) 定 性; 但 由 于 末 端 執(zhí) 行 器 的 夾 持 力 過(guò) 大, 往 往 會(huì) 壓 傷 果 實(shí)。 如 何 有 效 避 免 末 端 執(zhí) 行 器 對(duì) 果 實(shí) 的 損 傷, 實(shí) 現(xiàn) 柔 順 抓 取, 是 末 端 執(zhí) 行 器 控 制 的 研 究 重 點(diǎn) 6 。 針 對(duì) 此 問(wèn) 題, 本 文 設(shè) 計(jì) 了 一 種 基 于 負(fù) 壓 吸 力 的 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置。 該 裝 置 通 過(guò) 負(fù) 壓 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 果 實(shí) 的 穩(wěn) 定 夾 持, 且 能 作 業(yè) 于 柔 軟 易 損 傷、 形 狀 復(fù) 雜、 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 程 度 不 一 及 相 互 差 異 很 大 的 果 實(shí), 具 有 很 強(qiáng) 的 生 產(chǎn) 實(shí) 用 性 和 廣 泛 的 應(yīng) 用 前 景 7 。 1 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置 的 設(shè) 計(jì) 1.1 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置 如 圖1 所 示。 工 作 時(shí), 開(kāi) 啟 收 稿 日 期: 2017-05-19 基 金 項(xiàng) 目: 中 央 高 校 基 本 科 研 業(yè) 務(wù) 費(fèi) 項(xiàng) 目(2017GX001;2017QC137); 國(guó) 家 大 學(xué) 生 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè) 訓(xùn) 練 計(jì) 劃 項(xiàng) 目(201610019049) 作 者 簡(jiǎn) 介: 馬 少 春(1980-), 男, 河 北 保 定 人, 副 教 授, 博 士 生 導(dǎo) 師,(E -mail)shaochun2004cau.edu.cn。 離 心 風(fēng) 機(jī), 沿 大 口 徑 空 氣 管, 在 殼 體 前 方 開(kāi) 口 產(chǎn) 生 負(fù) 壓; 調(diào) 節(jié) 伸 縮 桿, 靠 近 目 標(biāo) 果 實(shí), 吸 引 蘋(píng) 果 進(jìn) 入 殼 體; 操 縱 控 制 開(kāi) 關(guān), 給 微 型 直 流 電 機(jī) 通 電, 小 齒 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 帶 動(dòng) 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 旋 轉(zhuǎn), 弧 形 刀 片 組 的 開(kāi) 口 隨 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 不 斷 縮 小, 完 全 閉 合 后 切 斷 果 柄; 蘋(píng) 果 通 過(guò) 殼 體 下 方 開(kāi) 口 落 入 蘋(píng) 果 收 集 布 袋, 完 成 對(duì) 蘋(píng) 果 的 采 摘 和 收 集。 圖1 裝 置 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置 的 總 體 結(jié) 構(gòu) 主 要 包 括 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu)、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 和 收 集 機(jī) 構(gòu), 其 主 要 部 件 如 表1 所 示。 表1 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 主 要 部 件 機(jī) 構(gòu) 主 要 部 件 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 圓 環(huán) 刀 盤(pán)、 弧 形 刀 片 組、 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 微 型 直 流 電 機(jī)、 小 齒 輪 收 集 機(jī) 構(gòu) 殼 體、 防 護(hù) 片、 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 伸 縮 桿、 控 制 開(kāi) 關(guān) 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu) 大 口 徑 空 氣 管、 離 心 風(fēng) 機(jī) 1.2 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 包 括 圓 環(huán) 刀 盤(pán)、 弧 形 刀 片 組、 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán)、 8 5 1 2018 年9 月             農(nóng) 機(jī) 化 研 究                第9 期 微 型 直 流 電 機(jī) 和 小 齒 輪, 如 圖2 所 示。 小 齒 輪 固 接 在 微 型 直 流 電 機(jī) 輸 出 軸 上, 與 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 外 緣 輪 齒 嚙 合; 弧 形 刀 片 組 設(shè) 置 在 圓 環(huán) 刀 盤(pán) 和 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 間, 由3 片 弧 形 刀 片 分 層 排 布 組 成。 1. 圓 環(huán) 刀 盤(pán) 2. 弧 形 刀 片 組 3. 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 4. 微 型 直 流 電 機(jī) 5. 小 齒 輪 圖2 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 圓 環(huán) 刀 盤(pán) 沿 其 圓 周 上 設(shè) 有3 個(gè) 孔, 相 鄰 孔 之 間 夾 角 為120。 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 的 內(nèi) 側(cè) 沿 徑 向 設(shè) 有3 個(gè) 徑 向 槽, 相 鄰 徑 向 槽 之 間 夾 角 為120。 弧 形 刀 片 一 端 銷 軸 與 圓 環(huán) 刀 盤(pán) 上 的 孔 轉(zhuǎn) 動(dòng) 連 接, 另 一 端 銷 軸 于 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 徑 向 槽 內(nèi) 進(jìn) 行 往 復(fù) 直 線 運(yùn) 動(dòng), 弧 形 刀 片 刀 刃 相 對(duì) 形 成 一 個(gè) 大 小 隨 其 運(yùn) 動(dòng) 變 化 的 開(kāi) 口。 為 避 免 弧 形 刀 片 兩 端 間 隙 過(guò) 大, 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 發(fā) 生 上 下 躥 動(dòng) 的 問(wèn) 題, 根 據(jù) 弧 形 刀 片 的 布 置 位 置, 在 刀 片 兩 端 設(shè) 置 不 同 高 度 的 凸 臺(tái), 如 圖3 所 示。 (a) 設(shè) 有 凸 臺(tái) 的 弧 形 刀 片 組 (b) 未 設(shè) 置 凸 臺(tái) 的 弧 形 刀 片 組 圖3 弧 形 刀 片 組 布 置 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 微 型 直 流 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 帶 動(dòng) 小 齒 輪、 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 轉(zhuǎn) 動(dòng), 弧 形 刀 片 組 開(kāi) 口 逐 漸 縮 小, 完 全 閉 合 后 切 斷 果 柄; 隨 后, 微 型 直 流 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn), 弧 形 刀 片 組 復(fù) 位 至 開(kāi) 口 最 大, 如 圖4 所 示。 1.3 收 集 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 收 集 機(jī) 構(gòu) 包 括 殼 體、 防 護(hù) 片、 蘋(píng) 果 收 集 布 袋、 伸 縮 桿 和 控 制 開(kāi) 關(guān), 如 圖5 所 示。 殼 體 前 端 開(kāi) 口 與 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 連 接, 殼 體 后 端 開(kāi) 口 與 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu) 連 接, 殼 體 下 方 開(kāi) 口 與 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 連 接。 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 根 據(jù) 長(zhǎng) 度 分 為 短 布 袋(40cm)、 長(zhǎng) 布 袋(60cm) 兩 種, 一 次 可 容 納 蘋(píng) 果10 個(gè)/20 個(gè)。 防 護(hù) 片 布 置 在 殼 體 后 端 開(kāi) 口 上, 控 制 開(kāi) 關(guān) 布 置 在 伸 縮 桿 上, 伸 縮 桿 與 殼 體 固 連。 (a) 開(kāi) 口 閉 合 正 視 圖      (b) 開(kāi) 口 閉 合 后 視 圖 (c) 開(kāi) 口 最 大 正 視 圖      (d) 開(kāi) 口 最 大 后 視 圖 1. 圓 環(huán) 刀 盤(pán) 2. 弧 形 刀 片 組 3. 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 4. 微 型 直 流 電 機(jī) 5. 小 齒 輪 圖4 弧 形 刀 片 組 位 置 示 意 圖 1. 殼 體 2. 防 護(hù) 片 3. 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 4. 伸 縮 桿 5. 控 制 開(kāi) 關(guān) 圖5 收 集 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 防 護(hù) 片 開(kāi) 有 均 勻 分 布 的 小 孔, 在 保 證 空 氣 流 通 順 暢 情 況 下, 防 止 樹(shù) 葉 受 吸 力 進(jìn) 入 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu), 保 證 離 心 風(fēng) 機(jī) 的 正 常 工 作。 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 柔 軟 有 張 力, 在 蘋(píng) 果 9 5 1 2018 年9 月             農(nóng) 機(jī) 化 研 究                第9 期 下 落 時(shí) 產(chǎn) 生 阻 力, 降 低 下 落 速 度, 減 小 損 傷。 伸 縮 桿 主 要 起 支 撐 采 摘 裝 置 及 自 由 伸 縮 擴(kuò) 大 采 摘 范 圍 作 用。 控 制 開(kāi) 關(guān) 上 設(shè) 有“ 閉 合”“ 張 開(kāi)” 和“ 停 止”3 個(gè) 按 鍵, “ 閉 合”“ 張 開(kāi)” 鍵 用 于 控 制 微 型 直 流 電 機(jī) 的 正 轉(zhuǎn)、 反 轉(zhuǎn), 帶 動(dòng) 弧 形 刀 片 組 開(kāi) 口 的 縮 小、 擴(kuò) 大, 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 果 柄 的 切 割 和 弧 形 刀 片 組 的 復(fù) 位 功 能;“ 停 止” 鍵 用 于 緊 急 情 況 下 對(duì) 微 型 直 流 電 機(jī) 的 制 動(dòng)。 1.4 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu) 包 括 大 口 徑 空 氣 管 和 離 心 風(fēng) 機(jī), 如 圖6 所 示。 離 心 風(fēng) 機(jī) 通 過(guò) 大 口 徑 空 氣 管 與 殼 體 后 端 連 接, 用 于 將 殼 體 內(nèi) 的 空 氣 抽 離, 使 殼 體 與 外 界 環(huán) 境 形 成 氣 壓 差, 對(duì) 蘋(píng) 果 產(chǎn) 生 吸 力。 1. 大 口 徑 空 氣 管 2. 離 心 風(fēng) 機(jī) 圖6 負(fù) 壓 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 2 便 攜 式 蘋(píng) 果 采 摘 裝 置 性 能 試 驗(yàn) 2.1 負(fù) 壓 吸 力 試 驗(yàn) 試 驗(yàn) 采 用UT363 迷 你 風(fēng) 速 儀( 優(yōu) 利 德 科 技 有 限 公 司, 天 津, 中 國(guó)), 配 合 使 用 離 心 風(fēng) 機(jī)( 北 京 京 凱 利 機(jī) 電 設(shè) 備 有 限 公 司, 北 京, 中 國(guó))、 大 口 徑 空 氣 管 及 卷 尺, 測(cè) 量 不 同 長(zhǎng) 度 大 口 徑 空 氣 管 開(kāi) 口 處 空 氣 流 速。 根 據(jù) 風(fēng) 壓 公 式 得 W p = P 大 氣 壓 -0 .5 r v 2 / g 其 中, W p 為 風(fēng) 壓(kN/m 2 ); r 為 空 氣 重 度(kN/ m 3 ); v 為 空 氣 流 速(m/s); g 為 重 力 加 速 度(m/s 2 )。 試 驗(yàn) 結(jié) 果 如 圖7 所 示。 大 口 徑 空 氣 管 長(zhǎng) 度 為 120cm 時(shí), 測(cè) 得 空 氣 流 速 最 大, 即 負(fù) 壓 值 最 大。 為 使 采 摘 過(guò) 程 中, 樣 機(jī) 對(duì) 蘋(píng) 果 的 負(fù) 壓 吸 力 最 大, 對(duì) 蘋(píng) 果 的 定 位 效 果 最 佳, 故 在 果 園 采 摘 試 驗(yàn) 中 選 取120cm 大 口 徑 空 氣 管 進(jìn) 行 試 驗(yàn), 此 時(shí) 開(kāi) 口 處 負(fù) 壓 約 為63kPa。 圖7 管 道 長(zhǎng) 度 與 風(fēng) 速、 負(fù) 壓 的 關(guān) 系 圖 2.2 蘋(píng) 果 采 摘 試 驗(yàn) 試 驗(yàn) 于2016 年10 月 在 北 京 昌 平 區(qū) 金 果 樹(shù) 果 業(yè) 科 技 中 心 進(jìn) 行, 試 驗(yàn) 材 料 為 金 果 樹(shù) 中 心 培 育 的 富 士 蘋(píng) 果。 選 取 生 長(zhǎng) 環(huán) 境 相 似( 同 種 果 樹(shù)、 相 同 土 壤、 給 水 量、 光 照 等) 的 成 熟 期 蘋(píng) 果, 并 編 號(hào)。 啟 動(dòng) 離 心 風(fēng) 機(jī) 至 壓 力 達(dá) 到 穩(wěn) 定, 在 將 刀 盤(pán) 貼 近 目 標(biāo) 蘋(píng) 果 時(shí) 開(kāi) 始 計(jì) 時(shí), 果 實(shí) 落 入 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 表 明 一 個(gè) 切 割 采 摘 周 期 完 成, 由 秒 表 測(cè) 定 并 記 錄 采 摘 時(shí) 間, 如 表2 所 示。 試 驗(yàn) 根 據(jù) 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 長(zhǎng) 度 及 離 心 風(fēng) 機(jī) 工 作 情 況 分 為 短 袋 常 壓、 短 袋 負(fù) 壓 和 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓3 組, 每 組 重 復(fù) 采 摘 試 驗(yàn)40 次。 表2 平 均 采 摘 時(shí) 間 組 別 平 均 采 摘 時(shí) 間/s 短 袋 常 壓 4.99 短 袋 負(fù) 壓 3.19 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓 5.04對(duì) 短 袋 負(fù) 壓 組 和 短 袋 常 壓 組 采 摘 時(shí) 間 進(jìn) 行ANO- VA 方 差 分 析 得 F=9.03; 對(duì) 短 袋 負(fù) 壓 組 和 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓 組 采 摘 時(shí) 間 進(jìn) 行ANOVA 方 差 分 析 得 F=11.47。 查 方 差 表, F 0.01(2,80) =7.08。 得 到 結(jié) 論: 短 袋 負(fù) 壓 組 試 驗(yàn) 結(jié) 果 顯 著 優(yōu) 于 其 他 兩 組, 且 組 間 差 異 顯 著。 將 短 袋 負(fù) 壓 組 和 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓 組 采 摘 下 的 蘋(píng) 果 室 溫 放 置24h, 對(duì) 碰 撞 損 傷 進(jìn) 行 測(cè) 量, 按 美 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 部 鮮 食 蘋(píng) 果 市 場(chǎng) 標(biāo) 準(zhǔn), 進(jìn) 行 評(píng) 定, 如 表3 所 示。 使 用 短 收 集 布 袋 收 集 蘋(píng) 果, 果 實(shí) 的 損 傷 少, 采 摘 效 果 好。 蘋(píng) 果 損 傷 統(tǒng) 計(jì) 如 表4 所 示。 0 6 1 2018 年9 月             農(nóng) 機(jī) 化 研 究                第9 期 表3 蘋(píng) 果 損 傷 標(biāo) 準(zhǔn) 評(píng) 定 表 等 級(jí) 標(biāo) 準(zhǔn) 損 傷 規(guī) 格 1 特 等 品 沒(méi) 有 損 傷 2 特 等 品 損 傷 直 徑 小 于3.2mm 3 特 等 品 損 傷 直 徑 在3.26.4mm 之 間 4 特 等 品 損 傷 直 徑 在6.412.7mm 之 間 或 多 個(gè) 損 傷 的 面 積 小 于127mm 2 5 一 等 品 損 傷 直 徑 在12.719mm 之 間 6 二 等 品 損 傷 大 于“ 一 等 品” 的 標(biāo) 定 界 限 7 二 等 品 任 何 尺 寸 的 對(duì) 果 實(shí) 的 割 傷 或 刺 穿 表4 蘋(píng) 果 損 傷 統(tǒng) 計(jì) 等 級(jí) 1 級(jí) 2 級(jí) 3 級(jí) 4 級(jí) 5 級(jí) 短 袋 負(fù) 壓 組 34 2 1 2 1 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓 組 28 1 5 6 0 3 裝 置 的 缺 陷 及 改 進(jìn) 樣 機(jī) 采 用 不 銹 鋼 制 作, 整 體 質(zhì) 量 過(guò) 重, 長(zhǎng) 時(shí) 間 采 摘 容 易 疲 勞。 考 慮 除 弧 形 刀 片、 環(huán) 形 轉(zhuǎn) 盤(pán) 及 小 齒 輪 等 必 要 部 件 外, 其 他 部 件 采 用 輕 質(zhì) 材 料 加 工, 以 減 小 整 機(jī) 質(zhì) 量, 降 低 工 作 強(qiáng) 度。 試 驗(yàn) 過(guò) 程 中, 樹(shù) 葉 易 隨 蘋(píng) 果 進(jìn) 入 殼 體, 附 于 防 護(hù) 片 上, 影 響 離 心 風(fēng) 機(jī) 工 作 和 采 摘 試 驗(yàn) 的 進(jìn) 行。 考 慮 優(yōu) 化 防 護(hù) 片 布 置 位 置, 對(duì) 離 心 風(fēng) 機(jī) 進(jìn) 行 檔 位 控 制( 采 摘 時(shí) 高 檔 位 工 作, 怠 機(jī) 時(shí) 低 檔 位 運(yùn) 轉(zhuǎn) 以 降 低 負(fù) 壓 值), 促 使 樹(shù) 葉 落 入 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 中。 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 可 容 納 蘋(píng) 果 數(shù) 較 少。 當(dāng) 延 長(zhǎng) 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 長(zhǎng) 度 時(shí), 又 由 于 蘋(píng) 果 下 落 時(shí) 間 長(zhǎng), 速 度 快, 損 傷 加 劇。 考 慮 優(yōu) 選 在 蘋(píng) 果 下 落 時(shí) 能 對(duì) 蘋(píng) 果 產(chǎn) 生 更 大 阻 力, 以 減 少 損 傷 的 材 料 制 作 蘋(píng) 果 收 集 布 袋, 在 保 障 蘋(píng) 果 采 摘 質(zhì) 量 的 前 提 下, 適 當(dāng) 增 大 單 次 采 摘 作 業(yè) 量。 4 結(jié) 論 采 用 短 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 配 合 離 心 風(fēng) 機(jī) 工 作 進(jìn) 行 蘋(píng) 果 采 摘, 平 均 采 摘 時(shí) 間3.19s, 與 人 工 采 摘 耗 時(shí) 相 近 1 , 明 顯 優(yōu) 于 短 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 單 獨(dú) 進(jìn) 行 采 摘 和 采 用 長(zhǎng) 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 配 合 離 心 風(fēng) 機(jī) 工 作 進(jìn) 行 采 摘 的 情 況。 為 避 免 個(gè) 別 數(shù) 據(jù) 誤 差 較 大, 對(duì) 整 體 試 驗(yàn) 結(jié) 果 造 成 干 擾, 對(duì) 短 袋 負(fù) 壓 組 和 短 袋 常 壓 組、 短 袋 負(fù) 壓 組 和 長(zhǎng) 袋 負(fù) 壓 組 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行ANOVA 方 差 分 析, 分 析 結(jié) 果 P<0.01, 即3 組 試 驗(yàn) 的 結(jié) 果 差 異 顯 著。 可 以 得 出 結(jié) 論: 短 袋 負(fù) 壓 情 況 下, 使 用 樣 機(jī) 進(jìn) 行 采 摘 試 驗(yàn), 采 摘 效 率 滿 足 工 作 需 求, 且 試 驗(yàn) 結(jié) 果 具 有 顯 著 性。 對(duì) 收 獲 蘋(píng) 果 的 碰 撞 損 傷 情 況 進(jìn) 行 評(píng) 定, 發(fā) 現(xiàn) 使 用 短 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 接 收 蘋(píng) 果, 蘋(píng) 果 損 傷 率 較 低, 達(dá) 到1 級(jí) 特 等 品 的 占85%; 使 用 長(zhǎng) 蘋(píng) 果 接 收 布 袋 接 受 蘋(píng) 果, 雖 然 達(dá) 到 特 等 品 的 占100%, 但 有27.5% 處 于3 級(jí)、4 級(jí) 特 等 品 范 疇。 可 以 得 出 結(jié) 論: 在 負(fù) 壓 情 況 下, 使 用 短 蘋(píng) 果 收 集 布 袋 接 收 蘋(píng) 果, 能 更 有 效 地 保 障 蘋(píng) 果 質(zhì) 量。 雖 然, 目 前 樣 機(jī) 在 采 摘 效 率 上 較 人 工 采 摘 沒(méi) 有 太 大 優(yōu) 勢(shì), 但 相 信 隨 著 裝 置 結(jié) 構(gòu) 和 工 藝 的 不 斷 改 進(jìn), 采 摘 效 率 將 逐 步 提 高, 損 傷 情 況 將 逐 步 降 低。 下 一 步 的 研 究 可 從 裝 置 材 料 優(yōu) 化 著 手, 保 證 必 要 部 件 強(qiáng) 度, 降 低 整 體 質(zhì) 量, 優(yōu) 選 材 料 制 作 蘋(píng) 果 收 集 布 袋, 使 這 一 設(shè) 計(jì) 真 正 達(dá) 到 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單、 使 用 方 便、 達(dá) 到 適 用 于 輔 助 人 工 采 摘、 降 低 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 和 成 本 及 保 障 蘋(píng) 果 質(zhì) 量 的 目 的。 參 考 文 獻(xiàn): 1 李 俊 東. 煙 臺(tái) 大 眾 網(wǎng): 煙 臺(tái) 造“ 蘋(píng) 果 采 摘 神 器” 效 率 為 手 工 采 摘8 倍EB/OL.2016-12-30.http:/yantai.dzwww. com/. 2 中 華 人 民 共 和 國(guó) 國(guó) 家 統(tǒng) 計(jì) 局. 國(guó) 家 數(shù) 據(jù): 年 度 數(shù) 據(jù)EB/ OL.2016-12-30.http:/data.stats.gov.cn/. 3 宋 健, 張 鐵 中, 徐 麗 明, 等. 果 蔬 采 摘 機(jī) 器 人 研 究 進(jìn) 展 與 展 望J. 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào),2006,38(5):158-162. 4 陳 川 雄, 張 學(xué) 明, 汪 小 志. 蘋(píng) 果 采 摘 六 自 由 度 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 基 于 迭 代 學(xué) 習(xí) 和 智 能 軌 跡 規(guī) 劃J. 農(nóng) 機(jī) 化 研 究, 2016,38(7):65-69. 5 呂 繼 東. 蘋(píng) 果 采 摘 機(jī) 器 人 視 覺(jué) 測(cè) 量 與 避 障 控 制 研 究D. 鎮(zhèn) 江: 江 蘇 大 學(xué),2012. 6 王 學(xué) 林. 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 器 人 末 端 執(zhí) 行 器 抓 持 力 控 制 研 究D. 南 京: 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué),2009. 7 楊 慶 華, 金 寅 德, 錢(qián) 少 明, 等. 基 于 氣 動(dòng) 柔 性 驅(qū) 動(dòng) 器 的 蘋(píng) 果 采 摘 末 端 執(zhí) 行 器 研 究J. 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào),2010(9):154- 158,204. ( 下 轉(zhuǎn) 第166 頁(yè)) 1 6 1 2018 年9 月             農(nóng) 機(jī) 化 研 究                第9 期 D. 呼 和 浩 特: 內(nèi) 蒙 古 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué),2014. 3 武 科, 畢 新 勝, 陳 永 成. 吊 籃 式 移 栽 機(jī) 栽 植 器 的 研 究J. 農(nóng) 機(jī) 化 研 究,2010,32(6):73-75,79. 4 魯 國(guó) 成. 吊 杯 式 移 栽 機(jī) 栽 植 穴 口 長(zhǎng) 度 研 究 及 動(dòng) 力 匹 配 D. 呼 和 浩 特: 內(nèi) 蒙 古 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué),2015. 5 夏 連 明, 耿 端 陽(yáng), 王 相 友, 等. 免 耕 播 種 機(jī) 行 星 嚙 合 式 防 滑 地 輪 設(shè) 計(jì) 與 試 驗(yàn)J. 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào),2012(8):56-60. 6 高 玉 璐. 免 耕 播 種 機(jī) 地 輪 滑 移 現(xiàn) 象 的 研 究D. 北 京: 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué),2002. 7 杭 程 光, 張 鵬 鵬, 李 偉, 等. 深 松 鏟 入 土 角 對(duì) 土 壤 硬 度 變 化 影 響 的 試 驗(yàn) 研 究J. 中 國(guó) 農(nóng) 機(jī) 化 學(xué) 報(bào),2016(11):36- 40. 8 張 鑫, 郭 清 南, 李 學(xué) 磊. 壓 力 傳 感 器 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢(shì) J. 電 機(jī) 電 器 技 術(shù),2004(4):28-29,5. E x p e r i m e n t a l S t u d y o n t h e I n t e r a c t i o n F o r c e b e t w e e n G r o u n d - w h e e l a n d S o i l o f D i b b l e - t y p e T r a n s p l a n t e r XuKun,LiXuying,HeShenggen,LiuXuening,HouZhanfeng (CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010018,China) A b s t r a c t:Takingthe2ZB-2typedibble-typetransplantingmachinesasthetestingequipmentandagroundwheelin contactwiththesoilastheresearchunitandthroughthedataacquisitionsystemconsistingofthefilmpressuresensors andsupportingdataacquisitioncards,Thepositivemodelofgroundwheelandsoilbasedondifferentsoilhardnesswas establishedbycollectingtheinteractionforcebetweengroundwheelofthetransplantersandthesoilunderthestableoper- ationofthetransplantingmachine.Finally,themathematicalmodelofgroundwheelslipratiowasestablished.Fieldtest resultsshowthatinthesamesoilhardnesswiththegroundwheelmovement,themaximumstressvalueislocatedbelow thegroundwheel;thesamestressvalueofthesamesectionofthegroundwheelisbasicallythesame,andthetrendis basicallythesame;withtheincreaseofsoilhardness,thestressvalueincreasesgradually,andthesliprateofthetrans- plantingmachinedecreases.Throughthestudyoftheinteractionforcetothegroundwheelwiththesoil,andprovidethe basisforimprovingtheplantingeffectoftransplantingmachine. K e y w o r d s:transplanter;soilhardness;dataacquisition;interactionforce ( 上 接 第161 頁(yè)) A b s t r a c t I D:1 0 0 3 - 1 8 8 X( 2 0 1 8) 0 9 - 0 1 5 8 - E A D e s i g n a n d T e s t s o f a S u c t i o n - p r e s s u r e - b a s e d P o r t a b l e A p p l e P i c k e r MaShaochun,XieRuipei,HuangQi,LiuMing (CollegeofEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China) A b s t r a c t:Sincetheendeffectorsdirectlycontactwithfruit,applesweredamagedduetohighclampforce,thus,tode- velopamorereliableendeffectorbecomesmoreimportant.Asuction-pressure-basedportableapplepickerwasdesigned tomeetthedemandofmechanicalharvestingofapples.Aseriesofsimulationanalysisandpickingtestsverifiedthefeasi- bilityofthedevice.Theresultsshowedthattheaveragepickingtimeperapplewas3.19swhichwassimilartothemanual pickingtime 1 ,andharvestfruitdamageratewaslow,class1extrafancyaccountedfor85%. K e y w o r d s:mechanizationpicking;suctionpressure;portableapple 6 6 1 2018 年9 月             農(nóng) 機(jī) 化 研 究                第9 期