2019 年 2 月（总第 193 期）
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自适应可调式水果采摘机械手的设计
◆韩朗煜
（石家庄市第一中学 河北石家庄 050010）
摘要：针对水果采摘存在的实际问题，设计了一种具有自适应功能的可 调式采摘机械手，该机械手的抓取范围、夹持力等均可根据需要进行调 整，在抓取范围内具有形状自适应性，适用性和通用性较强。
关键词：水果采摘；机械手；可调；自适应
我国是水果生产大国，各个地区果树种植面积很大，在果实 成熟期，采摘作业季节性强，时间紧张，采摘果实所耗费的劳动 力占据整个生产过程的 30％～50％。目前大部分水果依然采用 传统的人工采摘方式，高处的水果往往需要登梯子、爬树等，劳 动强度高，采摘效率低，还具有一定的危险性。本文设计了一种 采摘机械手，其抓取范围、夹持力等可调，将其安装在伸缩杆上，
就能够形成一种便携性好、操作方便、通用性强的水果采摘器，
使得人站在地面就可以方便地摘下高处的水果，能够有效提高水 果采摘的效率和安全性。
1、机械手夹持范围可调性的设计 1.1 可调式摇杆的设计
机械手的基本机构原理如图 1 所示，拉杆左右移动时，可通 过连杆 1 和连杆 2 分别带动摇杆 1 和摇杆 2 摆动，实现机械手的 开合控制。将机械手两个摇杆右端夹持部分的结构做成是可调的 3 节结构，其末端的两节的长度设计成位置可调，机械手末端的 开口度就可以改变，其最大夹持尺寸就能够根据需要在一定范围 内调整。
1.2 可调式定位杆设计
在实际使用过程中，为了使不同尺寸的水果在机械手中都能 够被可靠抓住，应当设置定位杆，根据水果的大小，将定位杆调 整到合适的位置，在定位杆和摇杆末端的压杆的作用下，就可以 将水果牢牢抓住，如图 2 所示。
图 1 可调式摇杆的调整结果对比
图 2 定位杆的作用 2、机械手的自适应性及夹持力调整的实现
根据机械手的基本机构形式和可调节性的设计，机械手的结 构如图 3 所示。机械手的剪刀式机构做成完全相同的上下两层，
两层之间通过机械手固定轴、连接轴和固定柱连接在一起。需要 调节机械手的夹持范围时，松开摇杆 1、摇杆 2 上固定调节杆的 螺钉定后，调整调节杆的伸缩长度，并可松开压杆锁紧块侧面的 紧定螺钉，调整压杆的伸缩长度。
在机械手固定轴上安装一个支板固定块，在支板固定块的两 侧用螺钉安装固定块支板，两个固定块支板之间用螺钉连接定位 杆固定块，在定位杆固定块上安装 4 个定位杆。固定块支板中间 为长槽，可以调整其前后位置，这样定位杆的位置就可以前后调 节。为了保证定位杆方向不变，在支板固定块下方两侧安装两个 定位板，在机械手固定板上的两侧安装两个连接块，在定位板和 连接块上安装支撑柱，在支撑柱上安装连接板。
机械手利用舵机驱动，驱动轴固定盘通过舵盘与舵机主轴连 接在一起，在驱动轴固定盘上安装一个偏心轴，偏心轴上套一个
套筒，套筒与驱动块底部的槽相配合，当舵机转动时，通过舵盘 带动驱动轴绕舵机轴转动，带动驱动块运动。驱动块向前运动时，
通过拉块推动连接轴，使机械手打开；驱动块向后运动时通过弹 簧作用于垫片和螺母，并通过拉杆带动拉块，由拉块带动连接轴，
实现机械手的闭合。由于其闭合通过弹簧实现，一方面，通过调 整弹簧的预压量，可以调整夹持力的大小；另一方面，虽然驱动 块的运动范围是一定的，但随着被夹持水果大小不一样，弹簧的 压缩量自动调整，自适应于所夹持水果的大小。
图 3 机械手结构 3、机械手抓取范围可调性试验
如图 4 所示，取两个大小差异较大的苹果，将机械手的调节 杆、压杆和定位杆进行适当调节后，就能够分别可靠抓取尺寸差 异明显的两个苹果。
图 4 抓取范围调整试验 4、结论
本文设计了一种水果采摘机械手，其抓取范围大小和夹持力 可调，而且在抓取范围内可自适应于不同大小的水果，适用性和 通用性较强。
参考文献：
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