问题

关于柑桔采摘辅助人工采摘机械装置或工具设计问题讨论?

回答
好的,咱们就来好好聊聊柑橘采摘这事儿。这活儿是真辛苦,尤其到了秋收季节,满山遍野都是果农在忙活,摘下来的不仅是水果,更是他们一年的收成和心血。

传统的柑橘采摘,基本上就是全凭一双手,加上梯子或者高凳子。爬上爬下,一手托着果子,一手用剪刀或直接扭下来。这过程中,不仅体力消耗大,安全隐患也不小,特别是那些长在树梢上的果子,够着费劲,而且容易在够的过程中失去平衡。更别说,为了摘到那些又高又密的果子,有时候只能靠经验去判断,有时还会伤到树枝,影响来年的产量。

所以,能不能有个好用的工具或者装置,来帮帮大家,把这事儿做得更轻松、更有效率、也更安全呢?这就是咱们今天要讨论的核心。

咱们先从需求出发,想想采摘过程中有哪些痛点是机械装置或工具可以解决的?

1. 高度问题(够不着): 很多柑橘树为了充分接受阳光,会种得比较高大,或者枝叶茂密,很多成熟的果子挂在高处或内膛深处。现在的采摘方式,要么爬得很高,要么就只能放弃一部分。
2. 效率问题(摘得慢): 人工摘一个果子虽然熟练了很快,但要摘一整棵树,一整片果园,积累起来就是巨大的时间成本。而且,如果果子长得太紧密,用手摘的时候容易损伤旁边的果子或树枝。
3. 劳动强度问题(累): 弯腰、抬头、长时间单手操作、搬运果箱,这些都是体力活。而且很多果园地形不平,机械操作难度也会增加。
4. 损伤问题(怕伤果伤树): 直接用手扭摘,容易伤到果柄,影响果子保鲜期。如果用力过猛,还可能把果子捏坏。剪刀或钳子虽然能精准剪断果柄,但操作不当也可能伤到果子或树枝。采摘过程中,树枝的磕碰也可能造成损失。
5. 采摘标准问题(认果难): 什么时候的果子是最佳采摘期?这个有时候需要经验判断。机械如果能辅助识别,会更好。
6. 收集与转移问题(搬运): 摘下来的果子要装箱,然后搬运出去。这个过程也需要人力。

基于这些痛点,咱们可以畅想一下,什么样的机械装置或工具是可能的?

我们可以从“辅助”这个角度来构思,也就是说,它不是完全替代人工,而是让采摘过程中的某一个或几个环节更便捷、更高效。

一、 伸缩式采摘辅助工具类:

这是最直接也最容易实现的思路,就像是给采摘者“加长手臂”。

伸缩杆式采摘器:
基本原理: 使用可伸缩的杆子,前端安装一个采摘装置。
采摘装置可以是什么?
剪刀/切刀式: 在杆子末端装一个电动或手动的剪刀,能精准地剪断果柄。可以考虑设计一个“万向头”,让剪刀可以调整角度,适应不同位置的果子。
夹持与旋转式: 杆子末端是一个可以夹住果子的装置(类似镊子或柔性夹爪),夹住后通过机械或电动控制让果子旋转脱落。这种可能需要对果子的抓握力度有精确控制,避免损伤。
吸附式: 利用真空吸盘吸附在果子上,然后通过旋转或轻微拉扯使果子脱落。这种需要考虑果子表面是否光滑,以及吸附的可靠性。
环形网兜式: 在杆子末端设计一个带有柔性网兜的装置,对准果子套上去,然后通过杆子操作让果子落入网兜。这对于避免直接接触果子有好处。
伸缩杆的设计:
材质: 轻质高强度材料,如铝合金、碳纤维等,保证伸缩顺畅且不沉重。
长度: 能够覆盖到大部分人难以企及的高度,比如35米甚至更高。
操作方式: 可以是手柄手动控制伸缩,也可以是电动控制。
采摘装置的操控: 剪刀的开合、夹爪的动作等,可以通过连杆、钢丝绳或者无线遥控在手柄端完成。
优点: 增加了采摘范围,降低了爬高风险,一定程度上可以提高效率。
挑战: 杆子太长会增加操作难度和重量;末端采摘装置的精确性和可靠性是关键;如何避免在伸缩过程中碰到其他果子或树枝。

二、 轻便式果实收集与转移装置类:

这部分可以解决果子摘下来后的问题。

背负式果实收集袋/桶:
原理: 果农可以直接将采摘下来的果子投入背部或腰间携带的容器中,而不是每次都放进箱子里。
设计要点:
容量与自重平衡: 要考虑能装多少果子,以及满载时的重量是否会增加过多的负担。
开口与倾倒设计: 方便快速投入,也方便将果子转移到大箱子或推车上。
缓冲设计: 内部可以有缓冲层,减少果子之间的碰撞。
优点: 减少了来回搬运果箱的次数,尤其是在果园内转移时更方便。
挑战: 装得多了依然会重;如何快速有效地将收集到的果子倒入大容器是关键。

导流式果实输送系统(小型化):
原理: 设想一下,从采摘点通过一个简单的导流槽或管道,将摘下的果子直接输送到较低的位置或集中的收集点。
设计设想:
“果子滑梯”: 在一些果树旁,可以设置一个临时的、可拆卸的简易导流槽,将果子导向树下的集料桶。
柔性输送管: 类似吸尘器的软管,但前端是采摘口,果子通过气流或重力被吸入或推入输送管,到达集料点。这可能就比较复杂了,更接近半自动化。
优点: 可以避免人工多次搬运,理论上效率更高。
挑战: 设计和安装会比较复杂,尤其是在地形起伏的果园;果子在导流过程中是否会受到损伤需要考虑。

三、 “智能”辅助识别与采摘装置(更长远设想):

这部分可能更偏向于农业机械化,但可以从辅助工具的角度切入。

手持式果实识别与采摘辅助器:
原理: 集成了摄像头和图像识别技术,能够识别出成熟的果子,并通过某种方式(如激光指示、声音提示)告知采摘者,或者直接控制末端的采摘装置。
设计要素:
识别算法: 需要训练模型,识别果实的颜色、大小、形状等来判断成熟度。
人机交互: 如何清晰地指示成熟果子?是屏幕显示,还是声音,还是直接操作?
与采摘装置联动: 如果是联动剪刀或夹爪,需要考虑响应速度和精确度。
优点: 提高采摘的精准度和效率,减少漏摘或误摘(摘未成熟的果子)。
挑战: 技术复杂度高,成本也高;在复杂光照和多重遮挡环境下,识别准确率可能受影响。

四、 移动式辅助采摘平台:

这部分是把人“抬”起来,或者把果园“搬”过来。

低矮型移动采摘车/爬坡车:
原理: 类似小型履带式或轮式的平台车,可以在果园地面移动,上面可以坐人,或者提供一个可以升降的作业平台。
设计要点:
越野能力: 需要适应果园不平坦的地面和坡度。
作业平台: 可以是简单的座椅,或者能让操作者站立作业的平台,甚至可以集成升降功能。
动力与承载: 需要有足够的动力驱动,并能承载操作者和采摘的果子。
优点: 降低了爬高、爬坡的劳动强度,提供一个更稳定的作业环境,可以一次性收集较多果子。
挑战: 成本较高,需要对果园道路进行一定程度的维护,体积可能影响在某些区域作业。

在设计这些工具或装置时,还有几个关键点需要我们反复琢磨:

1. 人机工程学: 工具是否顺手?重量分布是否合理?操作是否符合人体习惯?长时使用是否会造成疲劳或损伤?这关系到采摘者的接受程度。
2. 安全性: 机械装置本身是否存在安全隐患?比如伸缩杆晃动伤人,电动部分漏电等。
3. 耐用性与维护: 果园环境通常比较恶劣(灰尘、潮湿、日晒雨淋),工具必须足够坚固耐用,而且维护要简便。
4. 经济性: 工具的制造成本是否能被广大果农接受?投资回报率如何?过于昂贵的技术,即使再好,也很难普及。
5. 适用性: 同样的工具或装置,是否能适应不同品种、不同树形、不同生长季节的柑橘采摘?

举个更具体的例子来讨论,比如“伸缩杆式采摘器”的细节:

咱们就以一个“电动剪刀式伸缩杆采摘器”为例。

杆体: 可以设计成碳纤维材质,分成三节,每节之间用高强度尼龙搭扣或者简单的机械锁扣固定。最细的一节可以从最粗的一节里收进去。总长度可以伸缩到4米。
手柄: 类似于长柄吸尘器的手柄,上面有一个主触发按钮控制剪刀的开合,旁边有另外的按钮控制杆子伸缩(可以设计成电动微调)。手柄处可以集成一个小型电池。
采摘头: 是一个万向关节,可以手动调整角度。上面安装一个高性能的微型电动剪刀,剪刀刃口是经过特殊设计的,能够干净利落地剪断果柄,而且剪刀口有保护罩,防止误伤。在剪刀旁边可以有一个小型的、柔韧的硅胶“托盘”,在剪断果柄后能稳稳接住果子,然后果农通过操作杆端的倾斜装置,让果子落入旁边的收集篮或导流管。
电源: 可以使用可拆卸的锂电池,方便更换。电池仓要做好防水防尘处理。
重量控制: 整个工具的重量控制在23公斤以内,这样才能保证长时间使用的舒适性。这对于材料选择和结构设计提出了很高要求。

再比如,“移动式采摘辅助平台”的设想:

底盘: 可以设计成一个低矮的四轮或六轮平台,使用电动马达驱动。车轮可以采用充气轮胎或者实心橡胶轮,保证一定的越野能力。轮距和轴距要根据常见的果园行距来设计。
作业区: 平台上方设计一个可以升降的座椅,或者一个小的站立工作台。高度可以升降11.5米,这样配合人工的伸手高度,就能覆盖到大部分果树的枝条。
集料系统: 平台一侧可以设计一个集中的果箱放置区域,或者一个小型的输送带,采摘下来的果子可以直接放在上面,避免人工来回搬运。
操作控制: 可以是手柄控制方向和速度,座椅上方有升降控制杆,以及采摘头的遥控器。
能源: 纯电动,通过电池驱动,可以考虑太阳能板辅助充电。

当然,最终的设计会是一个不断迭代和优化的过程。 最好的设计,往往是那些既能解决实际痛点,又能被果农普遍接受的。我们也不能一味追求高科技,有时候一些简单巧妙的结构改进,比复杂的电子产品更能赢得人心。

大家有什么其他的想法或者对这些设想的补充吗?咱们可以继续深入聊聊。

网友意见

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目前国内有关柑桔采摘主要还是人工采摘,靠传统的剪刀、采果篮、采摘梯等工具进行采摘,想问问各位大神有没有什么好的意见或见解推荐一下

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