一种水果自动采摘小型机械车的制作方法

本实用新型涉及小型机械领域，具体涉及一种水果自动采摘小型机械车。

背景技术：

水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。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，直接影响到水果的品质。因而要实现水果自动采摘小型机械车对水果的收获，关键是要从果树中识别出水果并确定水果的准确空间位置，以便为机械手的运动提供参数，完成水果的采摘。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种水果自动采摘小型机械车，不仅提高了采摘效率，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。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种水果自动采摘小型机械车，包括履带轮、安装在履带轮上端的车体以及安装在车体上的机械手臂和收集箱，所述机械手臂包括旋转底座通过舵机与旋转底座相连的机械臂本体以及通过舵机与机械臂本体相连的机械手，所述机械手的外壁上设有颜色传感器以及红外线传感器，所述车体内安装有一Arduino控制器，颜色传感器以及红外线传感器与所述Arduino控制器的输入端相连，Arduino控制器的输出端与所述旋转底座、舵机以及机械手相连；所述车体上端设有一用于放置收集箱的凹槽；所述履带轮底部设有一红外感应避障装置。

优选地，所述履带轮包括主动轮与主动轮通过联轴器相连的电动机以及通过履带与主动轮相连传动的若干从动轮。

优选地，所述履带轮的主动轮和从动轮及其配件均采用铝制，具有材料轻韧性好便于加工等诸多好处，履带采用橡胶材质，具有韧性并具有较大摩擦力。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的机械手上装有颜色传感器，可利用颜色的差别对水果进行采摘；机械手可以180度旋转，节省空间提高利用率，便于实现摘取及存放等工作；利用履带代替原始的轮式，提高结构的稳定性，适应复杂路况，增大与地面摩擦力；整体机械手为模块式，可以更换；更换模块后，除采摘水果外，可进行修剪树枝等；整体采用轻质材料，便于携带，造价亲民，符合实际需求，可以大量减少人力。

附图说明

图1为本实用新型一种水果自动采摘小型机械车的结构示意图。

图2为图1中履带轮的结构示意图。

图3为本实用新型机械手臂中舵机的布置位置示意图。

图4为本实用新型中履带轮受力情况示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-图2所示，本实用新型实施例提供了一种水果自动采摘小型机械车，包括履带轮 1、安装在履带轮1上端的车体2以及安装在车体2上的机械手臂3和收集箱4，其特征在于，所述机械手臂3包括旋转底座31通过舵机34与旋转底座31相连的机械臂本体32以及通过舵机34与机械臂本体32相连的机械手33，所述机械手33的外壁上设有颜色传感器以及红外线传感器，所述车体内安装有一Arduino控制器，颜色传感器以及红外线传感器与所述 Arduino控制器的输入端相连，Arduino控制器的输出端与所述旋转底座31、舵机以及机械手33相连；所述车体2上端设有一用于放置收集箱4的凹槽；所述履带轮1底部设有一红外感应避障装置，所述履带轮1包括主动轮11与主动轮通过联轴器相连的电动机以及通过履带 12与主动轮相连传动的若干从动轮13，履带轮1内还设有一控制器，控制器的输入端与红外感应避障装置相连，输出端与电动机相连，所述履带轮1的主动轮和从动轮及其配件均采用铝制，具有材料轻韧性好便于加工等诸多好处，履带采用橡胶材质，具有韧性并具有较大摩擦力。

履带轮轮距以及履带尺寸的确定

因为车体以及手臂自重4.5kg，且最大载重为2.5kg，所以为保证水果采摘车正常运作，重力在正中心位置且保持小车平稳，我们选择了下4轮上2轮的设计方案，为确定其位置，我们结合了车体总长进行定位，因为车体长约260mm长，为保证平稳，我们确定了1、7两轮中心距为225mm，为使车体不发生倾斜，我们进行了实验，测试1、3轮与6、7轮和水平面夹角大小更平稳的实验，经过我们的模型实验后，确定夹角45°最为合适，且当最大载重时期间夹角为30°，小车此时行走最为平稳。

并且我们为防止最大载重时不让轮与轮发生碰撞，所以轮的直径d≤48.5mm，所以我们选择直径为38mm，保留10.5mm的安全距离。所以得到底轮中心距为47mm，所以可以算出履带长度为225mm+141mm+38mm×π≈851.316mm，经过我们与履带定制的商家咨询后选择了 850mm长度的履带，并且期间正好是98个孔，所以我们设计的主动轮就拥有14个齿，所以我们已知分度圆直径d＝38mm、齿数z＝14、ha*＝1、c*＝0.25可以计算出：

模数：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

履带轮电动机的选择

预计水果采摘车车体重量6.5kg～7kg，设水果采摘车的最大载荷为7kg。

水果采摘车的底座履带轮关于水平中心轴线对称，因而它负重的一半能通过计算推断出来。水果采摘车一半的自由体受力在图4表示。

Fn和G分别是单侧履带轮的支撑力与重力。f是履带轮与地面之间的摩擦力，速度方向 v与牵引力F方向一致都是水平向右，单侧履带轮总体平衡方程的推导如下：

摩擦力：f＝μmg＝1×3.5×10＝35N

其中，m是水果采摘车质量的一半。

此外，我们需要使小车在最大负载时的速度保持为0.02m/s，所以其功率的计算公式为：

牵引力：F＝f＝35N

功率：P＝Fv＝35N×0.06m/s＝2.1w

主动轮所需的最大扭矩值为：

齿轮传动效率分别为：η＝0.96，联轴器的效率为：η＝0.98

则电动机输出功率为：

那么，该水果自动采摘小型机械车的履带驱动所需的电动机功率为：2.23W，对已有电机进行筛选，可选择的电动机有：

根据以上数据显示，以及我们所需参数我们最后选择“GM25-37-24140-75-14.5D10”为我们所用履带传动电机。

机械手臂理论设计

材料选择：机械手臂材料使用亚格力板；手臂以及旋转底座使用铝合金材料完成。

电源选择：7.4V直流电源

电机选择：因机械手臂设计重量为3kg～3.5kg，抓取最大物体后重量约为4kg，所以我们需使用大扭矩以及旋转范围在0°～180°之间，所以我们选择了型号为LD-20MG的舵机进行运作机械臂。图3为舵机分布图。

控制系统：舵机控制板以及Arduino LEONARDO控制器进行控制机械臂识别运作。

传感器选择：颜色传感器和红外测距传感器

η总＝η电机×η联轴器＝0.98×0.99≈0.97

计算：传动系统：臂上所得动力：Pd＝F×v≈40.2W

手臂行程：

本具体实施使用时，机械手臂通过颜色传感器进行识别，判断物体的是否进行抓取操作，再通过红外传感器判断机械手臂与物体的距离，进行准确的识别抓取；履带部分同样也是智能识别路障，判断行车方向，通过车底红外线感应避障装置，判断是否有障碍物，机器人会执行规避的指令。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。