水果采摘 装置 设计0 文献综述0.1 水果采摘实现机械化的必定趋势在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的 50%~70%采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作但是由于采摘作业环境和操作的简单性，水果采摘的自动化程度仍旧很低，目前国内水果的采摘作业根本上还是手工完成在很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的削减，劳动力不仅本钱高，而且还越来越不简洁得到，而人工收获水果所需的本钱在水果的整个生产本钱中所占的比例竟高达 33%~50%高枝水果的采摘还带有肯定的危急性因此实现水果收获的的机械化变得越来越迫切，进展机械化的收获技术，争辩开发水果采摘机器人具有重要的意义争辩和开发果蔬收获的智能机器人技术对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产本钱、保证颖果蔬品质，以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要的意义采摘机器人是将来智能农业机械化的进展方向，具有宽阔的应用前景2022 年 11 月 1 日公布施行的《中华人民共和国农业机械化促进法》还明确规定国家实行措施鼓舞，扶持农业机械化的进展，机械采摘取代手工作业是必定的进展趋势。
0.2 国外水果机械化采摘装置争辩进展及现状水果的机械化收获技术已有 40 余年的争辩历史收获作业的自动化和机器人的争辩始于 20 世纪 60 年月的美国，1968 年美国学者 Schertz 和 Brown 首次提出应用机器人技术进展果蔬的收获，当时开发的收获机器人样机几乎都需要有人的参与，因此只能算是半自动化的收获机械承受的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进展选择性的收获从 20 世纪 80 年月中期开头，随着电子技术和计算机技术的进展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为 代表的西方兴旺国家，包括美国、英国、法国、荷兰、以色列、西班牙等国家， 都在水果采摘机器人方面做了大量的争辩工作，涉及到的争辩对象主要包括甜 橙、苹果、樱桃、甜瓜、葡萄、草莓等，试验成功了多种具有人工智能的收获 采摘机器人应用机器人技术进展水果的自动化收获得到了快速的进展法国是争辩果蔬采摘机器人较早的国家之一，但由于技术、市场和价格等因素的影响，甜橙和苹果采摘机器人已经停产，采摘机器人的争辩工作根本陷于停顿美国在自动化收获机器人的争辩方面没有一个很清楚的战略，争辩工作也根本处于停顿状态。
日本近年来开展了大量的收获机器人争辩工程，进展很快，但还未能真正实现商业化荷兰收获机器人的争辩工作走在很多国家的前面，但争辩的果蔬种类并不多0.3 我国水果机械化采摘装置争辩进展我国的国家专利中有上百种的水果采摘器，包括机械式、电动式、气动式的果品采摘器，其中有的实现单方向的水果采摘，有的可转变方向能实现全方位的水果采摘不过目前市场上商品化的采摘器品种还比较单一，且价格昂贵操作不便我国在农业机器人领域的争辩始于 20 世纪 90 年月中期，相对于兴旺国家起步较晚，果蔬采摘机器人的争辩还处于起步阶段目前我国不少院校、争辩所都在进展采摘机器人和智能农业机械相关的争辩东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，它主要由 5 个自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机把握系统组成郭峰等运用彩色图像处理技术和神经网络理论， 开发了草莓拣选机器人，承受气动驱动器将草莓推到不同的等级方向浙江大学的应义斌等人完成了水果自动分级机器人的争辩开发0.4 水果机械化采摘装置进展方向虽然水果的机械化作业最早可以追溯到上个世纪 60 年月，但由于简洁的机械收获易造成果蔬损伤，因此在收获松软颖的果蔬方面还存在很大的局限性而且果蔬收获往往需要有选择性地进展，此外市场对果蔬的颖度也有很高的要求，这就要求果蔬的收获要有很高的时效性。
因此，在果蔬收获中承受机器人作业，实现果蔬收获的自动化和智能化，是解决上述问题的最好方式采摘水果的机器人有他自身的特点:它们一般是在室外工作，作业环境较差， 但是在精度上却没有工业机器人那样要求高果蔬采摘机器人操作者是学问水平较低的一般农夫，不是具有机电学问的特地的技术人员因此要求果蔬采摘机器人操作技术不能太简单，必需具有很高牢靠性和操作简洁的特点另外， 水果的生产业以个体经营为主，考虑到经济效益，采摘器的价格不能太高，否则会就很难普及采摘机器人作为农业机器人的重要应用具有很大的进展潜力日后的水果采摘机器人的争辩工作必需朝以下方向进展:①能够准确地识别和定位成熟果实， 并且能引导末端执行器准确的接近目标;②研制灵活的、不伤果实的采摘机器人 末端执行器;③采摘机器人的行走机构必需适应田间的简单环境;④视觉系统要快速识别定位果实，把握系统和机械手臂系统必需做到快速摘取;⑤增加机器人系统的通用性信任在不久的将来，在不断抑制种种技术的阻碍后，水果采摘机器人会得到广泛地应用，水果的采摘将实现机械化1 引言1.1 水果采摘装置的研制背景我国是农业大国，果树业是农业的重要组成局部，果树产值在我国农业(种植)中仅次于粮、菜居第三位。
据农业部统计，2022 年全国果树总面积 943.67 公顷，总产量 7551.5 万吨，皆居世界第一，且人均占有量 48kg 以上柑桔1345 万吨(占世界柑桔总产量的 l3%，居世界第三位，近 20 年来产量增长了8.43 倍，是全球柑桔产量增长幅度最大的主产国)苹果 2110 万吨(占世界总产量的 25.2%)梨 979.8 万吨我国山区丘陵地区面积宽阔且大局部种植果树，仅西部地区果园面积就达286 万公顷，占全国 31%，果品总产量为 1837 万吨以山城重庆柑橘种植为例，2022 年柑桔种植面积就已经到达 18.23 万公顷，总产量突破 100 万吨，而重庆农业综合机械化水平为仅 12.23%近年来，为转移农村劳动力，统筹城乡经济协调进展，促进农夫增收，山 区丘陵地区普遍把劳务输出作为进展地方经济、增加农夫收入的一项重要举措伴随着劳务进城的加快，大量壮劳动力外出务工，留在家的主要是老、弱、病、残、妇女和儿童水果的采摘期短，短期内劳动强度大，外出的壮劳动力不行 能准时回来高枝水果的采摘对人员的体力有较高要求，一般直接参与采摘作 业的应是青壮年，手工采摘高枝水果还不能由一人完成水果的采摘期短，短 期内劳动强度大，这种冲突更突显了山区丘陵果业采摘的难度大的问题。
目前山地丘陵的水果采摘主要是使用采果剪手工采摘，手工采摘仅限于地域距地面低于两米的灌木类果树，劳动强度大，且效率低下对于高于两米的乔木类的果树或比较高的枝条上的水果，采摘员要站在短梯或高凳上，将采摘的水果放入果篮或果筐中国家标准 GB3608-93《高处作业分级》明确规定:“ 凡在坠落高度基准面 2m 以上(含 2m)有可能坠落的高处进展的作业称为高处作业高枝水果有的已经远远高于 2m，已经属于高出作业范畴国家规定高处作业使用高凳和梯子时，单梯只许上 1 人操作，支设角度以 60 度到 70 度为宜，梯子下脚要实行防滑措施，支设人字梯时，两梯夹角应保持 40 度，同时两梯要结实，移动梯子时梯子上不准站人使用高凳时，单凳只准站一个人，双凳支开后，两凳间距不得超过 3m如使用较高的梯子和高凳时，还应依据需要实行相应的安全措施在没有牢靠的防护设施时，高处作业必需系安全带，否则不准在高处作业同时安全带的质量必需到达以使用安全要求，并要做到高挂低用但是实际上果农进展高枝的水果采摘时并没有依据国家规定，也未实行任何安全防护措施摘果时常因上梯或上树精神紧急而感到格外劳累不便，也常听到有人不慎从树上或梯子上掉下来的消息，这种状况很随机不行推测。
高处作业的大局部是青壮年，一般都是家庭的主要劳力假设发生严峻的跟骨关节内骨折，即使进展手术治疗，也无法保证患者将来不消灭创伤性关节炎及跟骨负重时苦痛，其劳动力量将严峻受限，甚至影响日常生活由此可见完全依靠人力的采摘方式采摘速度慢、效率低、劳动强度大，高枝水果采摘还具有肯定的危急性此外，传统的作业还存在以下弊端:一是采摘过程中作业者的人身安全问题， 即手工采摘时手臂易被树枝划伤或擦破，高处作业时，还可能会摔伤二是对果树的损伤，即对树的枝叶芽的破坏三是对水果质量的影响，单手采摘时简洁消灭脱蒂，易消灭抽心果，还有就是高枝水果简洁掉在地上造成内外伤，影响果品的外观，不利于保鲜贮存，从而最终造成降低经济收入目前，我国各地方政府为增加地方经济，正相继开发大量的旅游投资工程，纷纷举办各种赏果采摘节，如苹果节、桃子节等，吸引了大量游客到果园采摘旅游，享受采摘水果，品尝颖水果的乐趣假设能供给一种轻松机敏的果实摘采器，不但能让游客充分体验采摘的乐趣，而且还保障了游客的安全，保护了果农的果树不受损坏另外，果农可以少打矮壮素等农药，生产出更多的无公害果子，削减本钱投入和对环境对水果的污染，游客可以品尝到更颖卫生的水果。
中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十次会议于 2022 年6 月 25 日通过，2022 年 11 月 1 日公布施行的《中华人民共和国农业机械化促进法》是为了鼓舞、扶持农夫和农业生产经营组织使用先进适用的农业机械， 促进农业机械化，建设现代农业而制定2022 年中心一号文件明确指出要加快研发适合丘陵山区使用的轻松农业机械，中国农业机械化事业呈现可持续进展态势近年来，国家对农机化关键技术和装备研制开发的扶持力度很大，“十五“期间中心财政直接投入的农机化科技攻关资金为 2800 万元，“十四五“时期会超过 1.4 亿元农业的根本出路在于机械化，是党和国家各级政府，农机科研、生产、推广部门始终坚持的方向机械化水平是衡量农村农业进展水平的重要标志，是确保提高农村生产力，促进更多的劳动力转移，彻底转变传统的小农经济耕作方式的前提和依据机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、消遣效劳、军事以及太空探究等领域都能见到它的身影，农业方面的应用尚属空缺《中华人民共和国农业机械化促进法》还规定国家实行措施，鼓舞和支持农业机械生产者增加产品、技术、工艺的争辩开发投入，并对农业机械的科研开发和制造实施税收优待政策。
国家支持有关的科研机构和院校加强农业机械化科学技术争辩，依据不同的农业生产条件和农夫需求，争辩开发先进适用的农业机械，支持农业机械科研、教学与生产、推广相结合，促进农业机械与农业生产技术的进展要求相适应随着我国制造业的高速进展和农业机械化普及程度的大幅提高，机械采摘取代手工作业是必定的进展趋势现阶段的机械手存在两种极端:一是含有自主行动功能的技术含量极高的类型，价格昂贵不适合丘陵地带小型果园;一是根本属于纯机械式的，采摘器过于简洁，不利于提高生产效率，减轻操作者的劳动强度目前急需一种介于两者之间的，便于操作，价格低廉，效率较高的机械手臂水果采摘装置可有效的解决劳动力安排，提高采摘效率，提高操作安全性， 提高机械化水平，便于果树治理，具有良好的市场前景在《中华人民共和国 农业机械化促进法》规定的国家政策鼓舞下，农业将进一步的朝着机械化方向 进展随着我国制造业的高速进展和农业机械化普及程度的大幅提高，机械采 摘取代手工作业是必定的进展趋势1.2 本设计的特点和目标本课题将进展基于伸缩式机械手臂的水果采摘装置的设计，构型简洁，操作便利承受伸缩式机械手臂，手臂长度可调，适合多种高枝水果，且便于携带，不使用时可缩短至最短的长度放置节约。