苹果采摘装置

目录

前言 (1)

1绪论 (2)

1.1水果采摘机械的发展 (2)

1.2水果采摘机械的研究应用现状 (2)

1.2.1国内研究现状分析 (2)

1.2.2国外研究现状分析 (2)

1.3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 (3)

1.3.1设计所设计的任务要求 (3)

1.3.2设计重点研究的内容 (3)

1.3.3存在问题的解决思路 (3)

2苹果采机械移动系统的结构说明 (3)

2.1工作原理 (3)

2.2工作过程 (4)

3电动机的选择计算 (4)

3.1确定电动机的功率 (4)

3.2确定电动机型号 (4)

3.3各级轴转速 (4)

3.4各轴输入功率 (4)

3.5各轴的输出功率 (4)

3.6各轴输入转矩 (4)

4齿轮的设计 (5)

4.1确定许用应力 (5)

4.2按齿面接触强度设计 (5)

4.3验算齿面接触强度 (6)

4.4齿轮圆周速度 (6)

5轴的结构设计计算 (6)

5.1减速器高速轴设计 (6)

5.1.1轴径与长度与直径 (6)

5.1.3确定轴上圆角及倒角 (7)

5.1.4减速器输入轴（高速轴）的校核 (7)

5.2减速器低速轴设计 (10)

5.2.1轴Ⅱ的结构设计 (11)

5.2.2轴上零件的周向定位 (11)

5.2.3确定轴上圆角及倒角 (11)

5.2.4减速器输出轴（低速轴）校核 (11)

6链轮的设计 (14)

7联轴器的选 (14)

小结 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

前言

水果是人类生活不可少的食物，种植面积和产量逐年提高。现在我国已成为世界水果、蔬菜的第一生产大国。到2000年，水果种植面积达867万公顷，占世界面积的8％；产量6237万吨，占世界产量的13％。苹果和梨的产量连续8年居世界首位，柑桔产量在巴西和美国之后位居第三，荔枝产量占世界的70％。蔬菜种植面积达1467万公顷，占世界面积的35％；产量4亿吨，占世界产量的66％，连续5年居世界第一。目前水果总产量已超过6000万吨，约占全球产量的14％左右，成为我国继粮食、蔬菜之后的第三大种植产品，也日益成为农民增收的重要增长点。

改革开放以来，特别是1984年水果市场放开之后，国家对水果实行多渠道经营，价格随行就市，农民得到了实惠，极大地调动了果农发展生产的积极性，从而促进了水果生产的迅速发展。“七五以来，水果生产连续保持了十多年高速发展的势头，从生产、加工到销售乃至出口创汇都取得了巨大成绩，在种植业中异军突起，已经成为种植业重要的支柱产业，在农业和农村经济中的作用和地位日益显著主要表现在以下几个方面：1）面积和产量成倍增长，据国家统计局统计1996年全国果园面积发展到853.3多万平方米，总产量达 462.8万吨。分别比1984年增长2.9倍和3.7倍。其中苹果面积298.7万万平方米，产量170.2万吨，分别比1984年增长 3倍和4.8倍；柑桔面积128万平方米，产量845.7万吨，分别比1984年增长2.2倍和4.6倍；梨的面积为93.1万亩。产量580.7万吨，分别比1984年增长2.1倍和1.8倍我国水果在世界水果生产中占据重要的位置从1993年开始，我国水果总产量跃居世界第一位(超过印度、巴西和美国)。与同期世界水果产量相比1995年我国水果总产量为1214.6万吨，占世界总产量3987.3万吨的10.6％。其中苹果和梨的产量均居世界各国之首，苹果产量占世界总产量的 28.2 ％，梨的产量约占42.6％。柑桔占世界总产量的9．2 ％，仅次于巴西和美国，列第三位。2）品种结构明显优化，近年来，各地在发展大宗水果的同时，以市场为导向，以科技为依托，以效益为目标，积极发展名特优新品种。加速低产劣质果园的改造。从而使品种结构得到明显改善，果品质量不断提高。苹果重点发展了红富士、新红星、乔纳金等优新品种。目前，全国红富士苹果面积已发展到130.5万亩，1996年的产量近600万吨，分别占苹果面积和产量的43.7和35.1；柑桔主要发展了特早熟和早熟温州蜜柑、芦柑、脐橙、柚类等市场受欢迎的优新品种。目前，山东省的红富士、新红星、乔纳金、嘎拉等优新苹果品种已占苹果面积75以上。广东省的柑桔因黄龙病的危害效益有所下降，对此，他们加大了结构调整的力度，开发的重点转向粤西、粤东和粤北山区，因地制宜地发展了荔枝、龙眼、杜果、田柚等热带亚热带名特优水果，这既丰富了果品市场，又发展了山区经济。

自20世纪90年代以来，自走式农业机械的田间自动导航、机器视觉与农业机器人研究得到重视，成为探索在农业机械装备中应用智能控制等高新技术研究的重要方向。农业机器人是一种高度自动化智能化的农业机械，它集传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密及系统集成技术等多种前沿科学技术于一身，代表了机电一体化的最高水平。作为农业生产领域中新一代的生产工具，农业机器人在提高农业生产力、改变农业生产模式、解决劳动力不足问题等方面显示出极大的优越性。可以说农业机器人的应用将带来农业生产的一次技术革命，推动现代农业的发展。因此，广泛应用以农业机器人为代表的新一代农业机械，抓住机遇，大力发展农业机械化，全面提高农业信息化智能化水平是实现我国农业持续稳定健康发展的必然道路。

1绪论

水果是果农的一大经济来源，在果实类水果的生产中，需要人工不定时的对果实进行成熟度的判断和收获，并不时地移动梯子，等高或弯腰。虽然大力推广矮化的种树，方便果农的采摘，可是过分矮化的结果会影响果实的产量，不利于提高阳光的利用率。现在许多果树的高度往往超过人的高度，采摘是需要借助板凳、短梯等工具，由于果园地面的不平整而存在安全隐患，同时也影响了采摘效率。因此收获作业是一项劳动强度大，消耗时间长，具有一定风险性的作业。研究开发适合目前生产实际的水果采摘机械不仅很大程度上减轻劳动强度，提高生产效率，而且具有广阔的市场应用前景[1]。

1.1水果采摘机械的发展

水果的种类繁多，其生长部位，成熟期等特征差异很大，而且多数果实不耐碰撞。因此，果实收获机械化难度比较大。目前，采收果实的方法主要有手工采收，半机械化采收和机械化采收等方法。半机械化采收时借助于工具，自动升降台车或行间行走拖车，由人工进行采摘。机械化采收效率比较高，但是果实损伤比较严重。采收的果实只要用于果酒，果汁，罐头等，利用机械采收经济效益比较高。对于鲜食果，为使果品具有比较好品质，较长的保鲜期，采用人工或半机械化采收比较好。如图1-1所示，是一种多工位自动升降台，它车是在轮式拖拉机或自走式动力地盘上装设多个作业平台，每个平台上的工作人员从不同位置收果实，平台的升降和位置转移由液压系统完成。

机械采收的基本原理：用机械产生的外力，对果柄施加拉，弯，扭等作用，当作用力大于果实与植株的连接力时，果实就在连接最弱处与果柄分离，完成摘果过程。根据摘果作用力的形式不同，才收集主要有气力式和机械式。

苹果、桃、梨等在碰撞和挤压的作用下很容易受伤，国内外鲜食苹果一般都采用人工采摘，加工用的苹果一般采用振动采集法收获；杏、李子、枣核樱桃等一般也都采用振动采集法收获。

葡萄一般采用门架跨行式机器来收货。在门架内，每行的两侧装有敲击棒，连续打击藤茎引起的振动使葡萄果实被振落，振落的葡萄掉在鱼尾片式接果架上。层叠安装的鱼尾片是由弹簧加载，形成封闭的托台，当机器跨行前进时，鱼尾片碰到葡萄藤，弹簧受压使鱼尾片张开，藤茎过去后鱼尾片自动闭合。鱼尾片向两侧倾斜，将掉落的葡萄引导到两侧的输送带上，然后送往料箱。

1.2水果采摘机械的研究应用现状

1.2.1国内研究现状分析

我国水果采摘机械发展缓慢，远远落后于种植业机械的发展，在此领域起步较晚，研究成果也较少。随着国外技术的不断创新与提高，我国在此方面也在进步。但是由于地域性，生产模式等等各方面的限制，机器人采摘技术在我国发展困难。所以基于我国的果农的要求来说经济性，操作简单，适合山上作业成为重点。所以相继出现了很多半自动水果采摘机械手（水果采摘器）的发明。但是在技术上还是不够成熟，容易伤果。目前在我国采摘水果时主要以人工为主，一般有三种方式：（1）果农直接用手采摘；

（2）用主干自制的一端开口夹摘；

（3）直接用手棍装上镰刀头钩采。

以上几种方式存在缺点如下，就地中采摘方法而言，如果果树比较高，树枝又比较脆，照此方法既不安全又容易伤害果树；第二种采摘方式只适合果柄比较长的果子的采摘，但又容易使果柄脱落摔坏果实；第三种采摘方式的缺点是水果容易在蒂处断开落在地上摔坏，枝条的扭断处茬口断裂，影响果枝的成长。所以结合我国实际设计新型的水果采摘器成为很重要的项目。

1.2.2国外研究现状分析

随着计算机和自动控制技术的迅速发展，农业机械迈入高度自动化，智能化时期。机器人已经渗入到农业生产中，特别是在设施农业的生产过程中。最早采摘果实的方法是采用机械振摇式和气动振摇式，而美国学者Schertz和Brown于1986年首先提出应该用机器人技术采摘果实。在日本和欧美等发达国家在果实采摘机器人方面已取得了较大的发展。采摘机器人是典型的复杂的光电一体化产品，工作环境是非结构的开放系统，涉及到多门学科知识，不确定的因素给采摘机器人的研制带来了很大的困难。采摘机器人在一定程度上和环境下代替了人类的的工作，但是它的使用并没有达到广泛应用的结果，这主要存在两个关键的问题：

（1）采摘机器人智能化的程度没有达到农业生产的要求。农业生产的特点需要机器人具有相当高的只能和柔性的生产的能力以适应复杂的非结构环境；

（2）机器人的成本高，而且其工作季节性强，机器人的使用效率很低。所以这一系列的采摘机械由于技术等方面不够成熟和完善，存在过时容易损坏，效率不高以及容易采摘到不成熟的果实