摘要:隨著人們對果蔬需求不斷提升，果蔬種植面積不斷提升，果蔬成熟后需及時采摘，否則不僅導致果蔬成熟過度，還會因為氣候原因造成損失。傳統采摘以人力為主，不僅采摘成本高，一些較難采摘的果蔬若通過人力采摘可能會出現危險。隨著科學技術的不斷進步，果蔬采摘機械手取代人工勞作已經成為必然。為此，對果蔬采摘機械手進行了設計，以PLC控制器作為控制中心，對果蔬采摘器工作提供程序命令，控制其末端執行器、果蔬收集裝置及移動裝置等實現果蔬采摘全自動化，旨在降低果蔬采摘人力成本及采摘中存在的風險，為果蔬種植帶來最大的經濟效益。

　　關鍵詞:果蔬采摘機械手;末端執行器;PLC

　　0引言

　　現代果蔬種植已經由傳統的單一小面積模式轉變為集中廣域模式，不僅對種植技術提出更高要求，對其采摘效率及采摘成功率也有一定要求。為提高果蔬采摘機械化程度和自動化程度，需在果蔬采摘時引進自動化程度較高的采摘機械手。本文研究的果蔬采摘機械手不只針對某一種果蔬，因此必須具有一定的通用性，可針對多種果蔬進行采摘，這就要求其智能化程度更高，且成本在果蔬種植可接受范圍內，且采摘機械手需具有升降、翻轉、拉拔及定位等多項功能。為保證采摘機械手準確完成采摘動作，通過PLC控制器對其進行控制，提高其操作準確性及定位精度，為采摘機械手自動化工作奠定基礎。其次，結合果蔬結構特點及其硬度物理指標進行設計，以提高采摘成功率。

　　1果蔬采摘機械手總體設計

　　由于果蔬種類較多，因此設計果蔬采摘機械手必須具備一定通用性，以提升采摘成功率和采摘效率。本文設計的果蔬采摘機械手主要由控制系統、驅動系統及執行系統幾個部分組成，其總體設計簡圖如圖1所示。蔬采摘機械手總體設計圖如圖2所示。其下移動部分為履帶裝置，不僅可在種植果樹的山坡地帶行走，還可在種植蔬菜的土壤較軟地帶行走。本文重點研究其采摘機械手部分。

　　2機械手關鍵部位設計及動力學模型

　　果蔬采摘機械手在工作中應具備上下自由移動、左右自由移動、機械手夾緊和放松等性能，因此機械手最佳設計自由度為3個。果蔬采摘機械手關鍵部位設計包括:

　　1)手爪。果蔬采摘機械手爪是機械手核心部位，主要工作是對果蔬進行抓取。其前步工作是對果蔬位置進行識別，確定位置后便可到達指定位置，抓取果蔬并由其背部刀具或通過扭力將果蔬摘下。基于果蔬采摘機械手爪的通用性，其必須具備可抓取一切形狀果蔬的能力，因此在抓取中應將果蔬完全包圍，使果蔬進入后不會掉落。

　　2)手腕。手腕部位連接采摘部位與手臂的中轉部位，主要作用是手臂將手爪送至果蔬附近部位時進行調整，使手爪可準確抓取果蔬。

　　3)手臂。手臂主要作用是支承及傳送。采摘果蔬過程中，其主要作用就是對手爪及手腕進行支撐，次要作用是實現升降。經過以上幾個關鍵部位分析，設計果蔬采摘機械手簡圖如圖3所示。

　　3PLC型號選取及I/O地址

　　分析果蔬采摘機械手需求得出其共需8個輸入端子和7個輸出端子，因此選擇型號為PLCCPU224控制器作為果蔬采摘機械手控制裝置。建立PLC控制元件與編程元件I/O分配如下:I0．0:調整機械手爪到指定位置，手爪準備抓取果蔬;I0．1:限位行程開關1，機械手爪已張開且具有一定抓取角度;I0．3:限位行程開關2，爪內刀具控制控制開關，控制刀具伸出長度;I0．4:限位行程開關3，爪內刀具控制控制開關，控制刀具切割;

　　4結論

　　基于PLC控制系統的果蔬采摘機械手具有一定通用性，可針對當前常見果蔬進行采摘，采摘效率高，對果蔬質量影響較小，可在未來有效推廣。本文設計的果蔬采摘機械手在PLC控制系統控制下，結合軌跡運行規劃程序可精準到達果蔬所在位置進行采摘，成功率高，且果蔬采摘機械手成本低廉，果蔬種植人員易于接受，具有一定應用前景。

　　參考文獻:

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