1、摘 要便携式摘果手是解决农业中人工摘果效率低，果树高，摘果困难等问题的一项设计。本文主要介绍了便携式摘果手的功能及设计，水果采摘行业的前景。该设计利用两个微型电机作为动力元件，解决了农民在摘果时，长期持续一个系列动作造成对身体上的伤害。本文介绍了便携式摘果手的设计思路，使用方法。另外，着重介绍便携式摘果手的功能、结构和各部件的具体设计。通过对次设计的调试，罗列出许多在实验中遇到的问题以及解决方案。文章最后对该设计的应用做了总结，并针对该课题将便携式摘果手今后的前景做了一个展望。关键词：手推车；电动控制；保护果品；采摘工具AbstractThe portable fruit-picker is
2、a kind of hand can replace artificial low efficiency in agricultural picking fruit, resolve the high, picking fruit difficult problems, such as an invention. This article mainly introduced the design of the portable hand picking fruit, the invention USES the pedal and human body mechanics principle,
3、 fully solve the an action for a long time and power works cause harm to the body. Here briefly introduces the features of his, use environment and method. In addition, this paper introduces the function of the system emphatically the design, structure, and each module. Through the invention of the
4、design debugging, to solve the problems in the experiment. Finally, the application of the invention and design made a summary, and the subject will portable hand picking fruit in the future prospects and development made a prospect.Key words: Electric control ; protecting the fruit ; picking tools目
5、 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1 课题背景及意义11.2国外水果机械化采摘装置研究进展及现状21.3 国内便携式摘果手的市场前景32 便携式摘果手的总体方案42.1便携式摘果手的结构和功能42.2总体方案设计43 部件设计及相关理论基础63.1采摘装置的主要结构及技术要求63.1.1采摘装置设计方案6 3.1.2剪切刀具的材料选择93.1.3采摘剪的主要结构尺寸103.1.4剪枝剪的技术要求103.1.5剪枝剪在剪切过程中受力情况分析123.1.6上刀刃与弯刀之间的工作载荷123.1.7上刀刃与弯刀剪切刀具的强度校核133.1.8 剪刀开合减速箱的设计143.2 伸缩杆与
6、电动控制方案153.2.1伸缩杆的设计方案153.2.2电机控制方案173.3果品减震装置204 产品的调试与改进214.1 产品调试时出现的问题224.2产品改进和解决的方案234.3 产品改进后的特色245 总结24参考文献25致 谢26附录27IV1 绪 论1.1 课题背景及意义纵观人类文明的发展历程，农业生产一直对人类的族群的数量、经济文化起着至关重要的作用。随着人类人口数量大量增张，其对农业生产的要求越来越高，我国是一个人口数量超过13亿的大国，有着养活全球人类1/5人口的责任，在社会主义发展的初期阶段，发展先进的社会生产是最主要的命题。我国是一个农业大国，其GDP产值一直在国内占有
7、较大的比重，同时我国又是一个落后的手工生产农业国家，农业从业者对于新型生产设备的需求越来越高，随着科技的进步，各种农业生产设备得以研发应用，在很大程度的减轻了农民的体力劳动。果树种植作为经济作物在农业生产中有着很重要的地位。发展果树生产是优化我国农业结构、促进农业协调、可持续发展的重要措施。当前，国内果树生产中存在许多问题，列如果树树形过高不易摘取、单产低、成本高、后天采摘破坏严重、栽培模式和果园规划不合理等。果树种植发展目前正处在优质化、精品化的起步阶段，其发展前景广阔。针对国内果树经济作物的发展国家制定了一系列的优惠扶持措施，国家画出了大的发展框架，就需要更加科学的生产方式来支撑，如何将简
8、单的手工生产通过合理的市场机制与相对适宜的经济投入提升至机械化、工具化，对当前国内的农业经济发展起着举足轻重的作用。在果树作物的生产过程中，列如：苹果、梨、柑橘等，其果实采摘在整个生产流程中最耗时、耗力的，且是必不可少的环节，但是在最后也是最重要的环节中，果树果实采摘中出现的损坏率也是最高的，其主要原因还是果树改良品种越来越好，树干越来越高，不同以往，劳动者站在地面就可以采摘大部分的果实，现在只能通过高架作业或者自制简易工具采摘，其坏果率不言而喻。树形水果在果实收获阶段中投入的人力约占整个生产周期投入人力总和的50%60%。采摘作业的效率高低直接的影响到水果储存、加工和销售。水果收益的季节性和
9、时效性很强，属于典型的劳动密集行型工作产业，更有甚者，因为我国农村劳动力的缺失，北方果实大都在深秋季节收获，即有一部分农户因来不及采摘而使水果过度成熟烂在树上，或遇到寒流冻坏果实无法储存。果实采摘操作环境的复杂性高，水果采摘的自动化程度低，所以国内的水果采摘市场基本上是手工完成的，随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，劳动力成本不断的提高，人工徒手进行水果采摘作业难度越来越大，人工徒手采摘果实的成本在整个生产成本中所占的比例在持续增高，而高枝水果的采摘还带有一定的危险性，农村留守高龄劳动者已经无法继续从事采摘工作。所以一款适宜的采摘工具在很大程度上会影响果实的采摘相率，降低劳动力需求，延长水果从
10、业者的工作年限，对于提高果农的经济收益，改善果农的生活质量有着促进作用。通过研究和开发简易操作、价格低廉的采摘工具从而提高了果农的生产效率，降低生产成本，保证水果的品质，符合我国农业经济的发展现状，对于未来水果经济作物的发展起着积极重要的作用。简单便捷摘果装置的研发为未来中小型农副产业机具的发展起到了带头作用，其发展方向也符合国家对于农业经济发展的战略构思，小型农业机具的研发具有广阔的应用前景。2005年11月1日国家颁布实施 中华人民共和国农业机械化促进法其中推行了一系列的鼓励农业，扶持农业生产，大力促进中小机械化的普及，用机具化替代原始手工劳作是必然的趋势。针对目前国内果树生产的现况，结合
11、本人所学机械制造与自动化专业，通过简单的机械原理与吸收前人的经验，设计一款易于使用、价格低廉、操作方便的树形水果采摘装置（即便携式摘果手）。1.2国外水果机械化采摘装置研究进展及现状从上世界40年代就开始有关果园机械采摘工具的研究，以美、英等国为首的西方国家较早就开始机械采摘的尝试应用。发展至今，目前国外果园机械采摘形式可分为三种：摇震式、撞击式和切割式三种。摇震式是利用外部动力源使果树本体或者树枝发生较大幅度的晃动，果实与树枝之间产生较大的剪切力，式果实与树枝连接脆弱的地方折断，而实现采摘的目的。美国40年代中期就开始研究使用摇震式采摘设备，但是因其工作效率较低，采摘过程中较高的损伤率，只能
12、适用于核桃等硬坚果作物，对于易损伤，对果面要求高的新鲜食用水果和储藏用水果并不适用。撞击式是利用撞击部件直接敲打果实，使之掉落，很多果农自制的工具都较为类似撞击式，但因其自身野蛮式的工作特点，只能用于坚果类果实采摘，并且对树枝也有较大伤害，撞击式逐渐被市场淘汰。切断式就是利用剪刀或者切割工具将果实与树枝切断，从而实现采摘目标，比较成功的产品有意大利CAMPAGNOLA公司的F系列和Star系列气动剪。近年来国外采摘机械的研究主要是以采摘机器人为主，自1983年美国成功研发第一台采摘机器人以来，美国、法国、荷兰、英国等国相继研发了多种采摘机器人，更有加入人工智能用以采摘苹果、葡萄等易损伤果实的机
13、器人。但是机器人对使用环境要求过高，以及国内小农经济体系下的果农来说，其费用相当昂贵。日本的果园种植地形与我国南方地形相似，日本种植苹果的高山和丘陵地带无法使用常规的采摘机器人，在20世纪90年代，日本四国农业试验场成功研制采用曲轴式摆动悬挂的采摘车，使用无线控制系统与摄像机监控技术，这种采摘车辆拥有宽距轮胎，更低的中心，良好的爬坡越野能力，可以车轮正反转360回转，枢轴悬挂使机器行走更加稳定，为采摘机器人在丘陵地区的应用建立了良好的开端。2007年美国加州柑橘研究委员会与华盛顿苹果委员会成功合作研发了一种高度智能、精准的水果采摘机器人，科学家使用最快速的运算芯片和顶级液压技术，为这太采摘机器
14、人打造了一副灵敏度接近人的手臂和手指，并应用成像技术，使这台机器人可以辨识水果的品质。这种机器人在一定程度上可以完全替代劳动者就行采摘收获，但是这台机器人的收获系统与成像扫描系统生产成本就高达300万人民币，所以广泛推广还需要新技术、新材料的开发。美国研发高智能采摘机器人效果图 机器人本身越灵活，其控制系统越复杂，因采摘机器人的工作环境复杂多样，机器人对果实的辨识度不够高，采摘时较高的损坏率以及研发采摘机器人的高昂费用，机器人的开发仍需要长久的发展。1.3 国内便携式摘果手的市场前景近年来，因为种植业中年轻劳动力的流失，另外生产效率低下，耗费劳动力非常大，生产成本持续提高是我国果农群众面临的一
15、个重要的问题，所以国家农业部门对于农业的重视程度日益增加。我国目前劳动力老龄化及精品农业发展的方向和日本极其相像，借鉴日本的发展经验有助于我国的发展，所以当前果农迫切需要一种可以帮助其解脱原始生产，延长超龄果农工作年龄，改善果农工作环境，整体提高生产率的工具。目前虽然市场上虽然有很多新型的水果采摘工具（例如采摘手），但在使用的过程对水果外形要求较为苛刻，存在很多弊端，不可避免的会造成水果品相的不同程度损伤，水果往往是选择性收获的，且水果对采摘的时效性要求很高。所以很多果农宁愿采用传统的采摘方式或者手工制作简易工具采摘，但是仍旧出现水果跌落损坏的情况。虽然人们利用机械化方式采摘水果最早可以追溯到上个世纪60年代，但是简单的机械收获利用半机械半人工的方式采摘水果是解决上述问题有效的方法。3 第2章 便携式摘水果的总体方案2 便携式摘果手的总体方案2.1便携式摘果手的结构和功能 便携式摘果手携带方便，果农可把便携式摘果手放置在较小空间内，占地面积小，大多用于采摘苹果，梨子等硬质水果。剪刀：剪断果蒂，由于在剪刀刀片上弧形设计，可以防止果蒂从剪
