引言

在蘋(píng)果產(chǎn)量日益增加的今天,不僅包裝量增加,而且包裝效率要求更高,這就導(dǎo)致繁瑣的包裝過(guò)程急需改革,因此我們提出了蘋(píng)果打包機(jī)的研發(fā)方案,希望可以簡(jiǎn)化蘋(píng)果包裝過(guò)程,節(jié)省勞動(dòng)成本,提高包裝效率。

1項(xiàng)目背景

我國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)現(xiàn)已形成四大主產(chǎn)區(qū),包括渤海灣產(chǎn)區(qū)、西北黃土高原產(chǎn)區(qū)、黃河故道和秦嶺北麓產(chǎn)區(qū)、西南冷涼高地產(chǎn)區(qū),如圖1所示。

我國(guó)的蘋(píng)果產(chǎn)量日益增加,而蘋(píng)果的打包裝箱依舊是采用人工方式,工作環(huán)境污染大,工作效率低,每人每天費(fèi)用在60~80元,工作量在100~120箱之間,大約2500個(gè)蘋(píng)果,工作時(shí)間為每天8h。租單個(gè)模塊(包裝模塊、裝箱模塊)每次300元,工作8h,以此累計(jì),若超過(guò)租賃時(shí)填寫(xiě)時(shí)間,則加收50元/h。租整個(gè)機(jī)器,每次500元,工作8h,以此累計(jì),若超過(guò)租賃時(shí)填寫(xiě)時(shí)間,則加收100元/h。

2功能介紹

本設(shè)計(jì)可以對(duì)蘋(píng)果的大小進(jìn)行檢測(cè)及分類(lèi),然后使用發(fā)泡網(wǎng)包裝蘋(píng)果,實(shí)現(xiàn)套袋過(guò)程,再將包裝好的蘋(píng)果逐一裝箱、封箱并送到出貨口。

根據(jù)市場(chǎng)分析,現(xiàn)在對(duì)成熟蘋(píng)果的包裝都是利用手工進(jìn)行的,所以如何花費(fèi)較低的成本實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工作,為果業(yè)的包裝環(huán)節(jié)提供較大改善,是本設(shè)計(jì)的目的。本設(shè)計(jì)由多個(gè)可拆裝模塊組成,能夠針對(duì)不同的作業(yè)地形,完成不同形狀的拼裝。具體設(shè)備布局如圖2所示。

蘋(píng)果打包機(jī)的功能模塊包含4個(gè)單元,分別是檢測(cè)單元、傳送單元、打包單元及裝箱單元,如圖3所示。

(1)檢測(cè)單元:利用重量傳感器對(duì)蘋(píng)果大小進(jìn)行檢測(cè)并分類(lèi):

(2)傳送單元:利用傳送帶把蘋(píng)果送到各個(gè)位置:

(3)打包單元:利用打包機(jī)構(gòu)對(duì)送到位的蘋(píng)果進(jìn)行發(fā)泡網(wǎng)的包裝:

(4)裝箱單元:利用機(jī)械臂對(duì)包裝好的蘋(píng)果進(jìn)行裝箱,最后封箱送到出貨口。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1包裝機(jī)器人的檢測(cè)方式

使用傳感器對(duì)一些位置進(jìn)行監(jiān)控,并對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行處理,以電信號(hào)的形式發(fā)送到控制系統(tǒng)。利用重量傳感器進(jìn)行蘋(píng)果的檢測(cè),使用機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)不同重量的蘋(píng)果進(jìn)行分類(lèi),使誤差控制在100g以?xún)?nèi):利用紅外傳感器檢測(cè)到的信息確定蘋(píng)果位置。

3.2傳送系統(tǒng)

利用傳送帶,根據(jù)傳感器檢測(cè)到的蘋(píng)果位置對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行傳送,使蘋(píng)果到達(dá)下一個(gè)加工位置,另外對(duì)包裝結(jié)束的整箱蘋(píng)果實(shí)施傳送。

3.3工作流程

蘋(píng)果包裝流程如圖4所示。

3.4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成

設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成如圖5所示。

3.5機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)

機(jī)械臂的關(guān)節(jié)采用球面形式設(shè)計(jì)與制作,包含肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)。機(jī)械臂有6個(gè)自由度,分別為腕部3個(gè)、肩部2個(gè)和肘部1個(gè),如圖6所示。

手部結(jié)構(gòu)仿人手設(shè)計(jì),具備5個(gè)手指,每個(gè)手指3個(gè)關(guān)節(jié),利用仿生原理進(jìn)行工作,如圖7所示。

4結(jié)語(yǔ)

將包裝機(jī)器人應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行蘋(píng)果的包裝與裝箱,代替部分人力,打破了原始的人工包裝與裝箱工作節(jié)奏,不僅提高了工作效率,其優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在傳統(tǒng)的套袋方式要通過(guò)人工對(duì)蘋(píng)果的大小、重量進(jìn)行分類(lèi),存在一定的出錯(cuò)率,而蘋(píng)果打包機(jī)實(shí)現(xiàn)了這一過(guò)程的自動(dòng)化、程序化,能夠節(jié)省大量的時(shí)間和勞動(dòng)力,提高操作的正確率。

本設(shè)計(jì)以"快準(zhǔn)穩(wěn)"為設(shè)計(jì)理念,即"快速包裝、標(biāo)準(zhǔn)包裝、穩(wěn)定耐用",以最高性?xún)r(jià)比為目標(biāo),提供蘋(píng)果包裝服務(wù),保證日益增加的蘋(píng)果包裝工作能更快更好地完成。