手持式幼果连续套袋机研制

手持式幼果连续套袋机研制易文裕;郑愈红;王攀;李向东【期刊名称】《《农业工程》》【年(卷)，期】2019(009)008【总页数】4页(P6-9)【关键词】幼果;连续套袋;手持式;复位【作者】易文裕;郑愈红;王攀;李向东【作者单位】四川省农业机械研究设计院四川成都610066;成都九系机器人科技有限公司四川成都610091【正文语种】中文【中图分类】S2240引言近年来我国水果产业发展迅速，水果种植面积和产量均跃居世界第一［1-3］。随着我国水果产业的发展，对水果品质的要求也越来越高，幼果套袋技术越来越多地被应用于高品质水果生产中。幼果套袋技术作为提升水果品质的有效措施，一方面能够最大限度地减少水果与空气中的有害杂质直接接触而造成的果实表面污染，并有效减轻果锈的发生和危害；另一方面能够阻隔药物喷洒对水果表面的污染，有效降低水果的药物残留量并避免或减轻病虫对果实的危害。试验证明，实施幼果套袋能够极大提高果实的夕卜观质量，在一定程度上改善果实的内在品质［4-7］。传统的幼果套袋多为纯手工作业，不仅成本高、效率低，并且套袋质量参差不齐，无法有效保障套袋技术对水果品质的提升［8］。机械作业套袋效率高，套袋质量好，不仅满足幼果套袋的时效性并保证套袋质量，还能够有效减少套袋用工量，节约生产成本。近年来，有关水果幼果套袋机的研究逐渐增多，田佳壮等［9］设计了一种基于偏置曲柄滑块原理的套网机构，该机构急回特性较好，能够平稳地撑开网套。葛晓堂［10］研制了一种半自动套袋机器人，该机运用气动与真空系统实现了取袋和撑袋的自动化以及套袋的半自动化，套袋效率3个/min，较人工套袋速度有较大提高，该机结构复杂，并未实际运用到果园套袋中。张凯等［11］研制了一种新型葡萄套袋机械手，该机采用机器视觉与传感器等先进技术，基本实现了葡萄的智能化套袋，全自动套袋成功率85%左右，单个套袋时间40s左右，该机仅针对葡萄套袋，适用性较窄。王胜会［12］研制了一种具有5自由度的套袋机器人，并建立了3种苹果幼果的障碍模型，对苹果幼果套袋的最优避障路径进行了相关研究。此外，林用满等［13］研制的6自由度水果采摘机械臂，初广丽等［14］研究的基于机器视觉的水果目标识别方法等相关研究均可为水果幼果套袋机的研制提供借鉴。目前我国关于水果幼果套袋机的研究仍处于起步阶段，水果套袋绝大部分仍依靠纯手工作业，因此研制一种适宜圆形或椭圆形水果幼果的套袋机对提高我国水果的套袋机械化水平具有重要意义。1整机结构与工作原理1.1整机结构如图1所示，手持式幼果连续套袋机主要由支架、主支撑臂、副支撑臂、移动臂、插针舵机、抽拉杆、转动杆、胶棒和加热封袋组件组成。舵机主要控制移动臂做上下或左右的移动动作，配合胶棒以及加热组件完成取袋、撑袋和封袋等主要套袋工序。1.胶棒A2.插针3.胶棒B4.加热封袋组件5.抽拉杆6.移动臂7主支撑臂8.舵机A9.转动连接杆10.舵机B11.支架12.副支撑臂图1整机结构Fig.1Wholestructure1.2工作原理作业前，将串起堆叠的袋子通过插针固定在副支撑臂的水平托板上，袋口朝外，初始状态下，袋口处于闭合状态。取袋作业时，首先控制舵机B驱动其摆臂逆时针转动，进而通过转动连接杆下拉移动臂，使得移动臂上的胶棒B下压在顶层袋体上并与之粘结。然后控制舵机B驱动其摆臂顺时针转动，进而通过转动连接杆上推移动臂，在胶棒B的作用下顶层袋子上移直至脱离插针。撑袋作业时，首先控制舵机A驱动其摆臂顺时针运动，进而驱动抽拉杆向外卜伸出，在胶棒B的作用下袋子向左移动直至移动到胶棒A的上方。然后控制舵机B驱动其摆臂逆时针转动，通过转动连接杆下拉移动臂，直至胶棒A和胶棒B压合，使得胶棒A与袋子粘合。最后控制舵机B驱动其摆臂顺时针转动，通过转动连接杆上推移动臂，在胶棒A和胶棒B的作用下，袋口被打开。封袋作业时，手持套袋机向水果移动，使得水果经开口进入袋体内。通过控制舵机B下拉移动臂，袋口封闭时发热组件将袋体部分熔化，经过3~5s,通过发热组件的软胶条实现袋体开口的热塑缝合。复位时，控制舵机B动作使得发热组件与袋子分离，然后控制舵机A动作使得抽拉杆右移，实现套袋机的复位，为下一次的套袋做准备。该手持式幼果套袋机12V蓄电池供电，主支撑臂上安装有控制按钮和重复按钮，作业过程的动作均通过安装在主支撑臂上的控制按钮实现，每操作按钮一次实现一个动作，依次实现取袋、撑袋、封袋和复位功能。若作业过程中某个动作未实现，可通过操作重复按钮对该动作进行重复动作。2关键零部件设计2.1运动机构如图2所示，手持式连续幼果套袋机的运动机构主要由舵机驱动，运动装置包括抽拉杆、移动臂、抽拉杆推杆、舵机A摆臂、舵机B摆臂以及移动臂转动连接杆组成。通过舵机A控制其摆臂的正转或反转，由摆臂带动抽拉杆推杆控制抽拉杆在移动臂内部轨道的左右移动，舵机B控制其摆臂的正转和反转，由摆动臂转动连接杆控制移动臂的上下移动。1.抽拉杆2.推杆3.舵机A摆臂4.移动臂5.转动连接杆6.舵机B摆臂图2运动机构Fig.2Motionmechanism2.2粘袋组件如图3所示，粘袋组件主要由胶棒、调整螺栓、软胶条和安装架组成。安装架上依次有4个安装胶棒的安装孔，每个安装孔上安装有胶棒长度调整螺栓，使用过程中通过旋转调整螺栓调整胶棒的伸出高度，保证粘袋效果。封袋时有发热组件对袋体进行局部熔化，然后由软胶条对熔化袋口进行热塑缝合。1.调整螺栓2.胶棒3.软胶条4.安装架图3粘袋机构Fig.3Stickybagmechanism3套袋试验完成手持式幼果连续套袋机的样机制作后，选择椭圆形幼果模型作为套袋对象对样机的性能进行检测。制作最大直径3~5cm的幼果模型若干，为模拟真实情况，将模型随机固定挂在带有枝叶的树枝上，为便于直观地观察套袋效果，选择白色透明塑料套袋进行套袋试验。将堆叠的套袋穿过套袋机的插针放在套袋放置板上，启动套袋机。第1次按下套袋机控制按钮，如图4a所示，套袋机完成取袋作业；第2次按下套袋机控制按钮，如图4b所示，套袋机完成撑袋过程；手持套袋机靠近幼果模型，直至幼果模型完全进入袋内，如图4c所示；第3次按下套袋机控制按钮，如图4d所示，实现封袋功能，套袋效果如图4e所示；手持套袋机离开已套好袋的幼果，第4次按下控制按钮，实现复位功能，重复以上动作可实现幼果的连续套袋作业。对椭圆形幼果进行套袋试验结果表明，该手持式幼果连续套袋机能够顺利实现取袋、撑袋、套袋和封袋动作，该机能够轻松完成对椭圆形幼果模型的套袋作业，可完成5~6次/min的套袋作业，作业效果良好，效率较高。4结束语针对水果生产中幼果人工套袋劳动强度大效率低的问题设计了一种手持式幼果连续套袋机，该机能够连续实现取袋、撑袋、套袋、封袋以及复位功能。整机结构轻便，手持操作较为轻松，套袋效果良好，能够有效降低幼果人工套袋的劳动强度并提高套袋的作业效率。图4幼果套袋试验Fig.4Baggingtestoffruitlet参考文献【相关文献】杨建权.浅谈果树栽培管理措施及种植技术要点[J].农业开发与装备，2017(1):166.常有宏，吕晓兰，蔺经，等.我国果园机械化现状与发展思路[J].中国农机化学报，2013,34(6):21-26.CHANGYouhong,LVXiaolan,LINJing,etal.PresentstateandthinkingaboutdevelopmentoforchardmechanizationinChina[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization,2013,34(6):21-26.文艺骁，王志明，万勇，等.水果套袋机发展研究综述[J].中国农机化学报，2017,38(6):104108.WENYixiao,WANGZhiming,WANYong,etal.Reviewondevelopmentoffruitbaggingdevice[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization,2017,38(6):104-108.朱东煌.浅谈南方水果套袋技术[J].福建热作科技，2006,31(3):23-25.王春梅，张秋明.套袋对脐橙果实品质的影响[J].广西园艺，2005,16(2):2-4.蓝桂成，傅海源，林家波.纽荷尔脐橙套袋试验初报[J].中国南方果树，2003,32(3):11-12.淳长品，彭良志，曹立，等.不同纸袋套袋对纽荷尔脐橙果实品质的效应研究[J].西南大学学报(自然科学版)，2008，30(4):106-110.CHUNChangpin，PENGLiangzhi，CAOLi，etal.Effectofbaggingwithdifferentpaperbagsonfruitqualityofnewhallnavelorange[J].JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)，2008，30(4):106-110.方沤鹏.水果套袋机械的关键技术研究[D].杭州：浙江理工大学，2011.FANGOupeng.Keytechnologyresearchoffruitbaggingmachinery[D].Hangzhou:ZhejiangSci-TechUniversity，2011.田佳壮，张克平，孙步功，等.基于ADAMS的一种套网机构的设计及运动分析[J].中国农机化学报，2017，38(10):38-42.TIANJiazhuang，ZHANGKeping，SUNBugong，etal.DesignandmotionanalysisofanetworkbasedonADAMS[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization，2017，38(10):38-42.葛晓堂.半自动苹果套袋机的研究[D].北京：中国农业大学，2005.GEXiaotang.Studyonsemi-automaticrobotforapplebagging[D].Beijing:ChinaAgriculturalUniversity，2005.张凯，赵丽宁，孙哲，等.葡萄套袋智能机器人系统设计与目标提取[J].农业机械学报，2013，44(S1):240-246.ZHANGKai，ZHAOLining，SUNZhe，etal.Designandtargetextractionofintelligentgrapebaggingrobot[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery，2013，44(S1):240-246.王胜会.水果套袋机器人的开发设计及研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.WANGShenghui.Thedevelopmentdesignandresearchofafruitbaggingrobot[D].Qinhuangdao:YanshanUniversity，2016.林用满，管卫华，甘莉莉.六自由度水果采摘机械臂结构设计与试验[J].中国农机化学报，2019，40(2):62-71.LINYongman，GUANWeihua，GANLili.Structuredesignandtestofsix-doffruit-pickingmechanicalarm[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization，2019，