水果采摘机械手的设计

水果采摘机械手的设计

摘要：机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物

件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自

动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、

电子轻工和原子能等部门。由于机械臂在各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，

机械臂控制的多样化、复杂化的需要也随之日趋增多。作为当今科技领域研究的

一个热点，提高机械臂的控制精度、稳定性、操作灵活性对于提高其应用水平有

着十分重要的意义。在原有机械手上进行PLC等设计可使机械手实现自动化定位

控制丶自动化工作等。通过重新编程序可使其变成多功能机器。

关键词：采摘；机械手；水果

1、机械手的发展趋势

机械手是集机械、电子、控制、计算机、信息等多学科交叉综合，它的发展

和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机械手的主要发展方向如下：机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、

检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外

已有模块化装配机器人产品问市。

机械手控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构：大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感

器外，装配、焊接机械手还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机械手则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。

虚拟现实技术在机械手中的作用从仿真、预演向用于过程控制发展，如使遥

控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手

2、设计水果采摘机械手的作用

据统计，2017年全国水果总产量（不含瓜果类，下同）达到1.82亿吨，比1978年增长26.7倍，年均增速8.9%。自1994年以来，我国水果总产量稳居世界第一。但目前存在果园人力不足、采摘效率低、有时因为采摘不及时水果坏掉、

果子结在高处人工面临着高空采摘的危险等问题，而一切采摘过程目前都由人工

采摘，在我国机械化的采摘目前处于空白期，即使有机械化机器的投入和使用也

是个别体，且机器的投入成本往往很大，果农无法承担此高昂的成本使用该器械。

果实的采摘是一个季节性较强和劳动密集型的工作，采摘作业所用劳动力占

整个生产过程所用劳动力的33% ～50%，采摘作业比较复杂，季节性很强，若使

用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。使用采摘机械

不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益。

目前而言我国是世界水果生产大国，但在果园管理程度不高（尤其是机械化

采摘果品）由于人口老龄化和农村劳动力越来越少，在单调、繁重、危险的果实

采摘作业上急需高效、通用、低成本的采摘技术，而智能化技术的出现和应用让

人们的生活变得更加方便快捷，与传统机械臂相比，拥有智能化，仿生化等技术

的机械臂操作起来更加简单方便快捷，运用起来也更加灵活多变，智能制造技术

是未来先进制造技术发展的必然趋势，是抢占产业发展的制高点必胜法则。

3、水果采摘机械手的整体方案设计