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Design and experiment of a Low-Damage handheld strawberry harvesting device based on an offset Crank-Slider mechanism
Diseño y experimentación de un dispositivo manual de recolección de fresas de bajo daño basado en un mecanismo de Biela-Manivela descentrado
DOI:
https://doi.org/10.15446/dyna.v93n242.124949Palabras clave:
strawberry harvesting, handheld assistive device, offset crank-slider mechanism, low-damage, dynamics analysis, human-robot collaboration (en)recolección de fresas, dispositivo de asistencia manual, mecanismo de biela-manivela descentrado, bajo daño, análisis dinámico, colaboración hombre-robot (es)
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To address the high labor intensity of manual harvesting and the cost limitations of fully automated robots, this study designed a low damage handheld strawberry harvesting device. The core offset crank-slider mechanism utilizes mating convex-concave blades to achieve synchronous shearing and flexible clamping. Kinematics and dynamics simulations confirmed that at 60 rpm, the device generates a torque of 17.6 N·m—far exceeding the cutting threshold with a response time under 0.2 s. Comparative field trials in high-ridge environments demonstrated an average harvesting efficiency of 10.18 ± 1.93 fruits/min and a success rate of 90.68 ± 6.06%. Unlike traditional squatting harvesting, the device eliminates direct finger contact, effectively preventing pulp compression and ensuring consistent stalk retention lengths. Consequently, the comprehensive damage rate was reduced to 13.76 ± 6.33%, which was significantly lower than that of manual harvesting (Welch’s t-test, p < 0.001). This research provides a low-cost, semi-automated engineering solution that significantly reduces ergonomic fatigue while enhancing fruit quality consistency.
Para abordar la alta intensidad laboral de la recolección manual y las limitaciones de costos de los robots automatizados, este estudio diseñó un dispositivo manual de recolección de fresas de bajo daño. El mecanismo central de biela manivela descentrado utiliza cuchillas cóncavo convexas acopladas para lograr un corte y sujeción flexible sincrónicos. Las simulaciones cinemáticas y dinámicas confirmaron que, a 60 rpm, el dispositivo genera un par de 17.6 N·m — superando con creces el umbral de corte— con un tiempo de respuesta inferior a 0.2 s. Los ensayos de campo comparativos demostraron una eficiencia media de recolección de 10.18 ± 1.93 frutos/min y una tasa de éxito de 90.68 ± 6.06%. A diferencia de la recolección tradicional en cuclillas, el dispositivo elimina el contacto directo de los dedos, evitando eficazmente la compresión de la pulpa y asegurando longitudes de tallo consistentes. En consecuencia, la tasa de daño integral se redujo a 13.76 ± 6.33%, significativamente inferior a la de la recolección manual (prueba t de Welch, p < 0.001). Esta investigación ofrece una solución de ingeniería semiautomatizada de bajo costo que reduce significativamente la fatiga ergonómica y mejora la consistencia de la calidad del fruto.
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