一种可视化水果辅助采摘剪刀设计
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摘 要：基于杠杆原理的设计理念，通过将省力杠杆应用到水果采摘剪刀上，仅仅利用几何形状极为简单的一些零件，就可根据实际生产需要制作出满足于高空或地面水果采摘的工具，区别于传统的高空采摘剪刀。本文设计了一种可视化的省力水果辅助采摘剪刀，对其工作原理进行了分析，给出了相应的力学计算公式，该水果辅助采摘剪刀设计新颖，使用可靠，经济高效，适应了智能农业发展的趋势，具有良好的应用前景。
关键词：可视化;辅助采摘;杠杆;剪刀
随着水果产业的快速发展，种植面积不断扩大，水果采摘也成为一种继续解决的问题，以草莓为例，据了解全球草莓种植面积由2000年的31.4万hm2增长至2017年的40.3万hm2，种植面积不断扩大的同时草莓采摘劳动成本在逐渐提高，收获作业的机械化、便捷化以及娱乐性成为广大种植户普遍关心的问题，由于采摘作业具有较强的地域性、季节性和周期性，因此采摘作业是一些水果生产中最耗时、最费力的一个环节之一，并且市场上还没有成熟的采摘设备。
近年来，随着生活水平的不断提高，人们对于生活质量的追求也是越来越高，水果作为生活中不可缺少的商品，给人们提供重要的营养成分，鉴于生活水平的提高，传统水果店销售模式已经不能满足人们对于水果功能的需求，为了获得更加新鲜的水果，同时体验采摘过程中的乐趣，越来越多的人选择到果园采摘水果，为了提高采摘过程中的舒适度和娱乐性，我们设计了一款采用省力杠杆结构的可视化辅助采摘剪刀，借助在剪刀前端安装的小型蓝牙可视装置，将手机连接到蓝牙可视装置，从而达到可视化的目的，可以做到既省力，又方便有效地采摘水果。
一、结构组成
该新型水果辅助采摘剪刀结构如图1、图2所示，主要由握持机构，伸缩机构，蓝牙可视机构，剪断夹持机构四个部分组成。伸缩机构可根据使用人身高的不同以及不同水果的采摘要求，调整剪刀连接杆的长度，从而达到舒适采摘的目的，蓝牙可视机构由蓝牙可视摄像头、手机固定支架和手机组成，用于辅助观察，精确定位剪断位置，而且手机还可根据实际情况需要进行拆装，剪断夹持机构由铝制剪刀头和ABS树脂夹持块组成，用于完成剪断和加持的工作，保证水果不落地。
二、工作原理
水果辅助采摘剪刀通过刀头、拉杆、把手三部分，利用杠杆原理将人的握力进行放大，放大后的力通过拉杆传递到刀头，从而完成水果采摘和夹持，蓝牙利用长波工作可以传输10m左右，足够满足传输的需要，可视化系统利用视觉传感器和蓝牙无线传输的工作原理，将摄像头的实时图像传送到手机中从而实现可视化的操作。
三、产品展示
四、试验分析
本辅助采摘剪刀从省力化角度出发，采用了省力杠杆力放大机构，即使较为粗的茎也可以轻易剪断，因此操作者只需很小的力量即可完成水果采摘。
（一）测量水果参数
以草莓，苹果两种具有代表性的水果的果柄直径，取平均值。
（二）试验分析
选取3组草莓和3组苹果作为样品，每组100颗，进行实地采摘试验，采摘成功率N和草莓损伤率D，得公式
通过实际的试验研究表明，使用该辅助采摘工具，草莓采摘成功率平均值为98%，损伤率平均值为2%，苹果采摘成功率平均值为98.33%，损伤率平均值为1.66%。
五、创新特点
水果辅助采摘剪刀结构简单，采用铝合金及塑料材质，整体质量轻，剪刀头上装有ABS的夹持装置，采摘过程中不需要用手去直接接触果实，防止了对果实的二次伤害，极大地提高了采摘的质量。
采用长距离可视化模块，增加采摘可视距离，提高人眼使用采摘剪刀时采摘的准确性。
使用水果辅助采摘剪刀，降低了劳动成本，提高了劳动效率，减小了劳动强度，同时具有一定的娱乐性，符合当前农业观光旅游市场的需求，具有广阔的市场前景。
六、结束语
研发采摘机器人用于辅助或代替人工采摘，是解决鲜食果蔬人力采摘劳动强度大、效率低以及成本高等客观问题的重要途径，也是智能农机领域的研究热点。通过试验发现，本水果采摘剪刀不仅能够降低劳动强度，提高采摘趣味性，而且对提高经济效益有一定的作用，对于促进我国农业机械化发展、加速农业现代化进程有着重大的社会意义。
参考文献：
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[4]张曼.草莓采摘机器人远-近景组合视觉系统设计[J].陕西：西北农林科技大学，2018.
作者简介：张磊（1998—）男，江苏徐州人。
通讯作者：秦培亮（1981—）男，江苏徐州人，副教授。
基金项目：
1.江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（项目号：201912808009Y）小型可调辅助采摘农机具;
2.江苏现代农业（草莓）产业技术体系（项目号：JATS[2018]233）相城推广示范基地;
3.2017年蘇州农业职业技术学院青年教师教育教学研究能力提升专项课题农业高职院工科学生实践技能培养策略研究项目编号SNQJ09主持人：秦培亮。
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