一种自动果实套袋装置的研究_刘冠楠.pdf

SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.1 Jan.2023，Total No.348一种自动果实套袋装置的研究基金项目 黑龙江省大学生创新训练项目（202210225066）收稿日期：20220427；修回日期：20220513作者简介：刘冠楠（2002），女，天津人，在读本科，主要从事工业工程研究，E-mail：。通信作者：冯国红（1980），女，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，主要从事人因工程学研究，E-mail：fgh_。刘冠楠，冯国红，任加祺摘要：为了提高果农工作效率以及提高果实品质，本文提出了一种自动果实套袋装置，对它的整体设计、机械结构、套袋流程等进行了详细论述。该自动果实套袋装置集储纸结构、纸袋传送结构、撑袋封口结构于一体，大幅提高了果实套袋效率，具有一定的推广意义。关键词：农业发展；果实套袋；机械化；提高效率中图分类号：S224文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.01.104（东北林业大学工程技术学院，黑龙江哈尔滨150040）文章编号：1674-9146（2023）0110403水果产业是我国种植业第三大产业，是我国农业经济发展的支柱产业。我国气候多变，水果的产量、品质、外观、甜度等均受到外部环境的影响。目前我国优质果占比只有 10%，达到出口标准的优质果品在总产量中不足 5%，因此提高果品质量是解决我国水果产业发展的瓶颈，拓宽国外市场的必由之路。我国于 20 世纪 90 年代开始尝试水果套袋技术，果农选择对果实进行套袋的方法减少外界环境对它的影响，我国水果套袋技术现已进入了大面积推广阶段，目前在山东、河南、河北等地应用广泛。套袋的水果品种有苹果、柑橘、葡萄、梨等。水果套袋有以下 4 个优点：一是可以提高果实的外观品质。以苹果为例，在自然环境下生长着色面积大约占整体果实面积的 2/3，经过水果套袋后着色面积则可达到 90%以上，具有较高的外观品质，提高了果品在整个国内外市场的竞争力1。二是可以减少病虫害对果实的危害。三是可以减少果实的农药残留。四是可以有效避免果实裂果2。因此水果套袋是我国水果农业发展的必然发展趋势。在城镇化和工业化进程中，由于大量劳动力不断向城镇非农产业地区转移，导致农业劳动力数量急剧下降，对农业生产产生显著负面影响，制约水果种植业发展。人工套袋工作量大，我国人工套袋日均大约 3 000 个/天，因此自动果实套袋机的研究越来越重要，水果套袋流程机械化、自动化，可以减少对劳动力的依赖，有效缓解我国劳动力短缺的现状3。目前，我国套袋机共有两种：一种是手持式套袋机。其中根据果袋材质可分为：塑料薄膜式、纸袋式。根据封口方式可分为：橡筋封口式、订书钉式和铁丝折叠式。另一种是半自动式套袋机4。本文基于提高果农工作效率以及提高果实品质研究了一种全自动果实套袋机。1自动果实套袋装置整体设计该自动果实套袋装置整体分为果实套袋机部分、果实位置定位部分、伸缩臂及底座部分。在果实套袋机设计方面，分为储袋结构、纸袋传送结构、撑袋封口结构。储袋结构内装果袋，利用纸袋传送结构将纸袋从储袋箱传送到撑袋结构处，为下一步撑袋过程做准备。撑袋封口结构分为撑袋部分和封口部分，撑袋吸盘将果袋撑开，封口结构利用无钉订书钉成功套在果实上的果袋进行封口，完成一次完整的果实套袋过程。该果实套袋机将人工的套袋流程自动化，节约了人力成本，提高了套袋效率。利用压纹的方式进行无钉封口，节约套袋成本的同时，体现了“绿色发展”的理念，达到了发展绿色农业的目的。在果实位置定位的设计方面，摄像头获取树冠上的影像信息，将摄像头获取到的静态图像输入计算机。同时利用形状识别技术灰度处理，对获取的图像信息进行分析，利用图像的分割将果实从复杂的环境中分离出来，从而确定果实的位置5。在伸缩臂与底座的设计方面，考虑到由于果园*技术 创 新Technological Innovation-104-2023 年 1 月总第 348 期道路崎岖不平，地形结构复杂，导致整体装置移动困难，因此在选择移动方式时采用了轮履式复合底盘作为整个装置的行走底座，这样的底盘设计大大提高了整体装置的稳定性，减少了果实套袋机靠近果实准备套袋过程中意外情况的发生，并且在现有的轮履式底盘基础上加入转盘轴承，同时与机械臂相连接，可以接触到树冠上各个方向的果实，减少了由于果实的位置偏僻而限制果实套袋的情况，可提高果实套袋的成功率6。自动果实套袋机的技术路线见图 1。图 1技术路线图2果实套袋机的机械结构及套袋过程2.1储纸结构储纸结构位于储纸箱内部，用于储纸。纸袋传送结构、撑袋封口结构位于储纸箱上部，用于果实套袋。4 个传纸弹簧与供纸板的 4 个角相连并固定在储纸箱底部内表面，用于取纸。取纸后所述储纸箱上部仍处于满纸状态，为下一步传送纸袋做准备。储纸结构见图 2。图 2储纸结构1传纸弹簧；2供纸板2.2纸袋传送结构该结构左丝杠和右丝杠位于储纸箱上部长边边缘；左丝杆外侧装有左丝杆保护板，右丝杆外侧装有右丝杆保护板；转动封口凸型轴承座位于左右丝杆保护板的一端；吸纸传动杆安装在转动封口凸型轴承座上；转动封口机械臂安装在吸纸传动杆上；转动吸袋齿轮位于左侧转动封口凸型轴承座外侧，传动齿条安装在转动吸袋齿轮下方左丝杆保护板外侧，并与转动吸袋齿轮啮合，传动齿条与连接杆相连，连接杆与吸袋滑块相连，用于控制所述吸纸传动杆带动转动封口机械臂上下移动，实现果袋的传递。纸袋传送结构见图 3。图 3纸袋传送结构1右丝杠保护板；2右转动封口凸型轴承座；3吸纸传动杆；4转动封口机械臂；5左转动封口凸型轴承座；6转动吸袋齿轮；7传动齿条；8连接杆；9吸袋滑块；10左丝杠保护板2.3撑袋封口结构撑袋封口结构具体分为 3 个部分：转动封口机械臂、固定封口机械臂、撑袋封口结构。转动封口机械臂下部和中上部镂空，吸袋吸盘安装在中部的靠内侧横梁上，作用于储纸箱内的纸张，两个压纹子块并列排列在转动封口机械臂上部靠内侧的横梁上。固定封口机械臂固定在左丝杆凸型轴承座和右丝杆凸型轴承座上，固定封口机械臂位于转动封口机械臂对侧，左丝杆和右丝杆带动固定封口机械臂向转动封口机械臂移动。撑袋吸盘安装在中部的靠内侧横梁上，与吸袋吸盘对称分布，用于与吸袋吸盘贴合，完成撑袋操作；固定封口机械臂下部和中上部镂空，压纹母块传动杆一端安装在中部的靠外侧横梁上，压纹母块固定板位于压纹母块传动杆另一端，两个压纹母块并列排列在转动封口机械臂上部靠内侧横梁上，压纹母块在压纹母块传动杆的带动下与压纹子块贴合进行封口；摄像头位于所述固定封口机械臂顶部，用于对果实进行识别（见第 106 页图 4）。3结束语在全球信息化发展的背景下，农业机械自动化的推广和应用是我国未来农业发展的必然趋势，我国农业将逐步实现智能化、自动化。该装置一体化1212345678910全自动果实套袋机果实位置定位果实套袋机灰度处理形状识别储袋机构纸袋传送机构撑袋封口机构稳定性研究轮履式复合机构伸缩臂及底座技 术 创新Technological Innovation-105-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.1 Jan.2023，Total No.348Design of Multi-functional Airdrop Type Mountain Forest Emergency RescuePackagingWANG Jia-xin,WEI Yuan-jie,LU Bo-lin,REN Ying-ying,ZHANG Yi-fan,XU Shu-yan(Northeast Forestry University,Harbin 150040 China)Abstract：Rescue packaging is one of the indispensable measures to deal with disasters and accidents,and the existingemergency rescue packaging has a single structure and is less targeted to practical areas.In order to improve the efficiencyof rescue and reduce the injury caused by accidents,this paper improves the structure of the existing airdrop type packagingand designs a multi-functional airdrop type rescue packaging for mountain forest emergency rescue.The packaging has avariety of functions such as positioning and temperature control,which can effectively protect emergency rescue materials andmeet the needs of mountain forest emergency,and has a wide range of application prospects.Key words：mountain forest emergency rescue;airdrop packaging;multi-functional程度高，可自动完成果实套袋，具有一定的灵敏性和稳定性，具有较好的发展前景。应用农业机械自动化技术，能大幅度减少果农的劳动任务及降低劳动强度，改善我国劳动力短缺的现状，降低人工成本，提高产品收益，实现农业良性循环发展。我国应加大农业机械化、自动化技术的创新力度，注重农业机械人才培养，保证农业机械化技术的稳步推进及发展。参考文献：1龙广.一种苹果幼果套袋机的设计D.成都:成都大学,2020.2李梅.水果套袋技术J.现代农村科技,2022(3):41.3文亦骁,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):104-108.4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,2016.5朱凤芹.基于图像处理的回转体零件形状识别与检测系统研究D.淄博:山东理工大学,2014.6李峙峰.轮履式复合底盘结构设计与研究D.西安:长安大学,2017.（责任编辑王璐）图 4撑袋封口结构1压纹子块固定板；2压纹子块传动杆；3摄像头；4压纹子块；5撑袋吸盘；6右丝杠142635Study on an Automatic Fruit Bagging DeviceLIU Guan-nan,FENG Guo-hong,REN Jia-qi(College of Engineering and Technology,Northeast Forestry University,Harbin 150040 China)Abstract：In order to improve the work efficiency of fruit growers and improve the quality of fruit,this paper proposes anautomatic fruit bagging device,and discusses its overall design,mechanical structure,bagging process and so on in detail.Theautomaticfruitbaggingdeviceintegratespaperstoragestructure,paperbagtransmissionstructureandbagpropping-and-sealing structure,which greatly improves the efficien