柑橘采摘机器人末端执行器夹持机构设计与实验

改进末端执行器的采摘成功率是提高采摘机器人采摘能力的重要手段。由于在相同剪切速度和果柄直径下,采用简支梁的剪切方式比采用悬臂梁剪切方式更容易剪断果柄,而通过夹持机构夹住柑橘再进行剪切能实现简支梁方式剪切果柄,因此可在末端执行器增加夹持机构来提高末端执行器的采摘成功率。通过对柑橘的极限挤压试验,得出柑橘在受压面直径为14.12 mm的条件下,所能承受的极限载荷为14.0 N。据此结果和柑橘相关参数,设计了夹持机构手指,并确定了其对柑橘的最大夹持力不超过102.41 N,同时根据前期研究成果和果柄受力分析,确定夹持机构的最小加持力不得小于3.79 N。由夹持机构运动特点完成控制系统设计,建立夹持机构三维模型并进行有限元分析与验证。制作了夹持机构样机并进行了不同品种柑橘的夹持实验,并将夹持机构安装在末端执行器上,在室外自然条件下进行无夹持机构和有夹持机构的采摘对比实验。实验结果表明,夹持机构可实现对各品种柑橘的无损夹持,增设夹持机构后末端执行器采摘成功率由70%提升至85%,对末端执行器采摘成功率有显著提升,从而提高了采摘机器人的采摘作业能力。     

荔枝挤压损伤有限元预测分析

为减小荔枝的挤压损伤,通过试验测定了荔枝果壳和果肉的极限应力,建立了根据荔枝结构所对应的有限元模型,模拟了外力沿不同方向挤压荔枝的过程,得到荔枝内部组织的等效应力云图。结果显示:挤压过程中,荔枝果壳的应力大于果肉,果肉的损伤先于果壳;相同挤压力下,果壳的纵向挤压应力小于横向,但果肉的纵向挤压应力却大于横向;荔枝的挤压损伤具有各向异性,试验范围内,果肉出现机械损伤的纵向和横向挤压力分别为10 N和20 N,果壳出现机械损伤的纵向和横向挤压力为35 N和25 N。     

基于机器人采摘的柑橘果柄切割力学特性研究

为了给柑橘采摘机器人切割装置设计提供依据,根据采摘时被切割果柄弯曲的工作状态,设计了果柄切割夹持试验架,对柑橘果柄进行了不同切割条件的切割试验。结果表明:切割过程中,柑橘果柄发生弯曲,随着滑切角增大,果柄产生的起始裂纹从外侧转移到内侧,同时果柄切口更光滑;切割速度、刀具形式和滑切角均显著影响柑橘果柄的切割力学参数;随着切割速度的增大,峰值切割力、切割功率和切割位移均先快速减小,然后缓慢减小;随着滑切角的增大,峰值切割力减小,但切割位移先减少后增大;当滑切角为0°时,相比平刀和齿刀,弧刀对柑橘果柄的峰值切割力和切割位移最少;采用平刀切割,滑切角不应太大,以免切割位移过大,降低采摘速度;使用齿刀切割,滑切角应大于30°,不但峰值切割力大大减小,而且切割位移增加也较小。     

柑橘溃疡病的流行因子分析及其发生程度的预测

通过对广西合浦山口林场柑橘溃疡病病情指数的系统调查,结合合浦县的气象资料进行偏相关分析,发现月平均温度(X1)和月平均雨量(X4)是影响柑橘溃疡病发生的主要因素;利用二次平滑法组建的预报方程Y=-4.725 0.46X1-0.011X4-0.01X12 4.636×10-4.X1.X4-4.691×10-6.X42能够有效地预测柑橘溃疡病的发生程度,平均预测精确度达84.2%。     

葡萄果实碰撞损伤试验研究及有限元分析

针对葡萄在收获、储运过程中的碰撞损伤问题,对其进行不同高度的跌落碰撞试验,采用高速摄像机拍摄碰撞过程,分析跌落碰撞速度与果实碰撞损伤程度之间的关系;进行应力松弛试验;基于ABAQUS建立葡萄果实碰撞力学模型,进行跌落碰撞仿真试验,并对其进行有限元分析,将有限元分析结果与碰撞试验结果进行比较。结果表明:当葡萄的碰撞速度从0.5m/s增大到3m/s时,变形量从1.1mm增加到4.2mm,恢复系数由0.5减少到0.4;当葡萄碰撞速度达到1.5m/s时,果实内部开始发生较大损伤,此时内部最大碰撞应力为0.19MPa;当碰撞速度≤1.5m/s时,所建立的葡萄果实碰撞力学模型具有很高的精度,误差为8%。     

基于机械损伤的宽皮柑橘贮藏期间力学特性研究

对宽皮柑橘(Citrus reticulata)贮藏期间力学特性变化进行了研究,定期对柑橘进行压缩试验,并测定贮藏期间柑橘果实的质量、硬度、弹性模量、破坏极限力和总变形破坏能。结果表明,随着贮藏时间的延长,柑橘果实的质量损失逐渐增大;硬度呈减小趋势,但贮藏7 d与贮藏10 d差异不显著;弹性模量、破坏极限力和总变形破坏能均先增大后减小,在贮藏7 d时达到最大值,贮藏1 d与贮藏4 d差异均不显著,贮藏10 d与贮藏1 d均有显著差异。各力学指标相关性分析表明,贮藏时间与质量损失呈高度正相关,与果实硬度和弹性模量呈高度负相关,与破坏极限力和总变形破坏能不相关。     

马铃薯碰撞损伤试验研究及有限元分析

针对马铃薯收获过程中的碰撞损伤问题,对不同高度下落的新鲜马铃薯进行碰撞试验,根据淀粉变色原理,将马铃薯损伤程度分为3个级别;用拉伸试验确定马铃薯皮的弹性模量和破坏强度,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立其力学模型,对马铃薯碰撞进行有限元分析得到应力等值图,并将有限元分析结果与碰撞试验结果比较.结果表明:当马铃薯下落高度为 20～30 cm时,其碰撞应力值为1.01 × 106～1.15 × 106 Pa.低于马铃薯的破坏强度值,此时马铃薯损伤率<4%,且能避免收获机输送臂碰撞马铃薯.所获得的实验数值可为马铃薯联合收获机输送臂防碰撞控制的研究提供参考.     

机器人采摘荔枝的跌落碰撞损伤试验

【目的】减小机器人采摘荔枝时因回收放置不当产生的跌落碰撞损伤。【方法】对荔枝进行跌落碰撞试验,分析不同的跌落碰撞条件对荔枝失质量率及果壳褐变指数的影响。【结果】荔枝失质量率及果壳褐变指数随着采摘回收下放高度的提高和储藏时间的延长而分别增加;相同下放高度,碰撞接触材料为PVC板时,荔枝失质量率及果壳褐变指数最大;试验范围内,回收装置采用塑料框时,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为60 cm,储藏1周为30 cm;回收装置为瓦楞纸果箱,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为75 cm,储藏1周为45 cm;回收装置底层布满荔枝后,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度可提高到90 cm,储藏1周可提高到60 cm。【结论】该研究可为荔枝机器人采摘回收放置减损策略的构建提供指导。     

基于ANSYS的鸡毛菜茎秆切割的有限元分析及验证试验

鸡毛菜切割部件是鸡毛菜有序收获过程中的关键部件,为了降低有序收获过程中的损失率和损伤率,提高收获效率,采用静态测量法,应用质构仪对鸡毛菜茎秆在压缩条件下的一系列力学特性参数进行测定分析,得到在压缩条件下鸡毛菜茎秆轴向弹性模量范围为3.15~3.91 MPa,径向弹性模量范围为20.24~20.99 MPa。结合试验所得鸡毛菜茎秆力学特性相关数值在有限元分析软件ANSYS中建立鸡毛菜茎秆材料库,再利用三维建模软件SolidWorks建立切割过程模型,将之导入ANSYS中进行显示动力学分析,并对有限元分析所得结果进行田间试验验证,对比结果显示：当割刀往复速度v大于0.40 m/s时,能有效完成对鸡毛菜茎秆的切断过程,且割茬整齐、断口平滑、无扯皮现象,分析结果为后续鸡毛菜切割部件的设计及参数优化提供理论依据。     

数控小径材纵向弧面指接机总体结构的设计研究

目前我国天然林、大径级木材日益匮乏,小径级木材成为主要制材原料,针对小径材加工利用效率不高且精度低等问题,提出数控小径材纵向弧面指接机总体结构的设计。通过分析纵向弧面指接机的加工工艺,拟定设备的总体方案,对数控小径材纵向弧面指接机总体结构进行实体建模,完成数控小径材纵向弧面指接机固定端总成、移动端总成以及底架总成的结构设计,并对粗铣主轴组件以及抛光主轴组件进行设计计算,得到粗铣电机功率4 kW、抛光电机功率3 kW,符合设备的设计要求。运用ANSYS对粗铣主轴进行静力学分析,得到主轴的应力、变形以及应变云图,其最大应力值为5.622 4 MPa,最大变形量为0.001 707 8 mm,最大应变值为0.031 479 mm/m,均在安全范围内,验证了主轴设计的合理性。因此,该机能够有效解决小径材出材率低的问题。     

基于虚拟治理成本法的地表水污染类公益诉讼生态环境损害鉴定评估的审查要点研究

虚拟治理成本法是一种常用的生态环境损害鉴定评估方法,对于公益诉讼案件中环境损害责任认定具有关键作用。司法实践中,检察机关亟需加强对第三方机构出具的环境损害司法鉴定意见或生态环境损害鉴定评估报告的专业审查,避免因案件证据质量存在瑕疵而影响司法公信力。本文以一起典型污染环境刑事附带民事公益诉讼案为例,分析了生态环境损害鉴定评估重难点问题,从检察机关审查环境损害司法鉴定意见或生态环境损害鉴定评估报告的角度,研究提出地表水污染类公益诉讼案生态环境损害鉴定评估的审查要点,对于提升检察机关公益诉讼办案质效、推动公益诉讼检察高质量发展具有重要意义。