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。     

柑橘果实自动收集装箱机的设计

针对目前柑橘等机械化专用收获机械设备少、收集过程中损伤率较高、导致工作效率低、劳动强度大等问题,采用旋转均匀分离装置和果箱下降的装箱工艺,设计了一种新型的适用于现代标准矮砧密植果园的自动收集装箱机。结果表明,该机主要由两侧输送装置、旋转均匀分离装置、装箱升降装置、换箱装置和履带式移动采摘平台等组成。通过上下随动和定向设计可实现输送装置上下、左右的摆动调节,适应不同位置的放果要求,保证连续收集;采用旋转均匀分离装置带动宽皮柑橘滚动,逐一遇孔等概率落果,实现均匀装箱;通过Adams软件对升降装置进行运动学分析,配合果箱精确升降,防止跌落或挤压造成损伤。以宽皮柑橘为对象进行验证试验,当两侧输送装置转速0.15 m/s,旋转均匀分离装置转速20 r/min,缓冲轨道距果面高度为10 cm,分离圆盘分布孔数为6个时,损伤率为6.1%,装箱效率为48个/min,实现了果实的连续收集、均匀装箱和自动换箱。     

宽皮柑橘种质资源表型多样性分析及综合评价

【目的】分析宽皮柑橘的表型多样性和遗传变异规律,探讨柑橘种质资源的综合评价方法。【方法】本研究利用变异系数、Shannon-Weaver多样性指数及方差分析对239份宽皮柑橘的18种表型性状进行多样性分析和性状差异分析,用SPSS进行聚类分析,通过主成分、相关性以及回归分析对宽皮柑橘种质资源进行综合评价和评价指标筛选。【结果】对239份宽皮柑橘表型多样性分析,变异系数结果表明种子数、固酸比、可滴定酸含量及单果重的性状变异比较丰富,果形指数、囊瓣数及可溶性固形物含量的遗传特性相对稳定。遗传多样性指数结果表明,单果重、横径、纵径、囊瓣数、叶柄长、叶长、叶宽、还原糖含量及转化糖含量在每一级分布比较均匀,果皮光滑度、种子数及固酸比分级较少,且在每个表现型上的分布不均匀。对5个不同地理来源的宽皮柑橘资源进行方差分析,结果显示来源于美国的宽皮柑橘品种可溶性固形物和转化糖的含量平均值高于其他地理来源;来源于日本的宽皮柑橘单果重、横径和纵径大于其他地理来源,种子数显著少于其他地理来源;来源于长江流域的宽皮柑橘品种的果型、可溶性固形物、转化糖及还原糖含量大于珠江流域,但固酸比显著低于珠江流域。对野生品种、地方品种、选育品种3种不同类型的宽皮柑橘性状作方差分析,选育品种呈现果型大、果皮光滑、种子少、酸度低、糖度高等特点。系统进化树和主成分分析图均表明不同地理来源、不同类型的宽皮柑橘在遗传水平上存在明显差异,中国小果资源可作为一个独立类群,青皮蜜橘是一份独特的柑橘资源。主成分分析发现,前9个主成分的累计贡献率达81.94%,表明这9个主成分包含了宽皮柑橘表型性状的大部分信息。表型性状的综合评价分析表明,239份宽皮柑橘综合评价F值均值为0.480,来源于日本的爱媛21号的F值最高(0.664),来源于日本的扁橘F值最低(0.211)。18个表型性状与综合值F的相关性分析结果表明,除了果皮光滑度外的17个表型性状数据均与F值呈极显著相关。采用逐步回归分析方法,筛选出9个表型性状:纵径、果形指数、果皮光滑度、囊瓣数、叶柄长、叶宽、可溶性固形物含量、可滴定酸含量以及还原糖含量。【结论】宽皮柑橘种质资源具有较高的表型多样性,不同地理来源、不同类型的宽皮柑橘性状存在差异,筛选出的9个表型性状可作为宽皮柑橘的综合评价指标。     

滚筒式棉秆铡切机构的设计与试验

设计一种适用于棉秆等硬质茎秆,配套打捆机作业的滚筒式铡切机构。该机构采用先破碎后铡切的滚筒式刀组和安装于机架上的定刀配合作业将棉秆切断。滚筒式刀组采用破碎板与铡切刀在圆周上交错布置的方式,实现对棉秆先破碎后铡切的作业,减轻铡切刀的磨损,降低铡切作业功耗。根据棉秆特性,确定关键部件的参数,并运用SolidWorks Simulation软件对铡切刀进行静强度校核和对滚筒式铡切机构进行模态分析,研究铡切刀的应力、应变分布和滚筒式铡切机构的固有频率和振型。结果表明:铡切刀最大应力和最大变形均发生在螺栓孔处,分别为234.6×106 N/m2和7.521×10-4 mm,铡切刀材料选用65Mn钢材,可满足性能要求;滚筒式铡切机构的最低阶固有频率为53.675Hz,高于其工作激励频率6.5 Hz,不会形成共振。对该机构的主要性能进行试验,结果表明:当铡切滚筒以185r/min旋转时,棉秆的铡切长度合格率为95.31%,消耗功率约30kW。     

柑橘皮分层设备的设计与果皮全利用的研究

柑橘皮可分为白皮层和色素层,分别含有不同的有效成分,将白皮层和色素层分开利用可有效提高柑橘皮的利用率.试验设计一种可将柑橘皮白皮层与色素层切割分层的设备,以甜橙皮为材料,分别考察橙皮传输速率、带锯齿深、带锯转速、柑橘皮面积对设备分层效果的影响.确定了柑橘皮分层设备的操作优化工艺:传输装置的输送速率为40～60片·min-1,带锯齿深为5 mm,转速1400 r·min-1,柑橘皮面积≤5 cm2时,分层均一性可达到98％;当用分层设备切割橙皮从外表皮向内2 mm位点时,用上下两层橘皮分别提取类胡萝卜素和果胶,相比以全果皮提取的果胶和类胡萝卜素,果胶亮度L*值提高了53％;相同溶剂提取类胡萝卜素量可提高3.2倍.     

甜菜切顶机的设计与试验研究

【目的】针对甜菜分段收获过程中切顶作业切削损失大、效率低、效果不理想等问题,设计一种集切缨、仿形、切顶为一体的甜菜切顶机.【方法】运用CAD软件设计整机结构及主要工作部件;采用L16(43)正交试验设计,对影响机具切顶性能的因素进行分析,确定最优参数组合,并进行田间试验验证.【结果】弹簧预紧力对切顶合格率、少切率和多切率的影响极为显著;作业速度对切顶合格率影响较为显著,对少切率和多切率影响不大;滚筒转速对切顶合格率、少切率和多切率的影响最小.各因素对切顶性能影响程度依次为:弹簧预紧力作业速度滚筒转速.【结论】当弹簧预紧力为250N,作业速度为5km/h,滚筒转速为1 100r/min时,机具作业性能最佳,切顶合格率达到85%,少切率为5.8%,多切率为9.2%,能够满足生产要求.     

柑橘的贮藏保鲜

柑橘是我国南方主要水果之一,正确、合理、科学的贮藏是减少柑橘贮藏期虫害病变,提高柑橘品质,保证柑橘质量,增加果农收入的关键。 1.适时采收 用于贮藏的果实,一般以果皮有2/3转黄,油胞充实,在果肉尚坚实未变软时采收。采收过早,会降低果品重量和质量;反之则落果率增加,宽皮柑橘类易发生浮皮病,甜橙则易发生青绿霉病。     

双边齐切式柑橘修剪机设计

针对当前柑橘果树一般采用交替结果模式从而需要对柑橘果树进行整行齐切的问题,设计了一种符合规范化果园修剪需要的空间可调双边齐切式柑橘修剪机。锯切台架试验表明,锯片转速为3 000 r/min、进给速度为0.6 m/s时,锯切能耗和修剪效果最佳。柑橘修剪机修剪宽度调节范围为1.6～2.4 m,修剪高度调节范围为2.0～2.5 m。功能展示表明,修剪机在不同修剪形状下进行齐切作业,修剪机最大漏割率为10.1%,最小漏割率为3.5%,修剪合格率高于88%,修剪树形和断面符合农艺要求。     

水稻插秧机移箱机构性能检测试验台结构设计

为了准确测量插秧机移箱机构在工作过程中的各项性能参数,研究各参数对移箱机构工作性能的影响,研制了一套基于LABVIEW虚拟仪器的移箱机构性能检测装置。该系统主要由驱动系统、传动装置、机械系统、移箱机构、加载系统和检测显示系统等组成,实现了螺旋轴速度可调以及工作过程中的螺旋轴转速、滑块加速度、速度等信号实时采集与显示,并且能够保存和回放相关数据。     

基于大蒜根盘特征的精确切根机构优化设计

为了实现切须后大蒜的精准切根、减少大蒜浪费,在分析直径范围φ42~φ56 mm大蒜根盘特征得出理想切根轨迹的基础上,提出了一种基于大蒜根盘特征的精确切根机构,并建立了该机构运动学分析模型,编写了切根机构分析软件,分析了若干关键参数对切根效果的影响。以理想根盘特征为目标,建立了切根机构参数优化目标函数,优化得到了满足切根轨迹要求的机构参数。根据最佳参数进行切根机构与切根装置整机的结构设计,完成了大蒜切根装置整机的研制和试验,试验结果和理想轨迹基本一致,验证了大蒜切根机构设计的合理性和优化的正确性。切根试验结果表明:在输送线速度为0.15 m·s^-1、切根电机转速为65 r·min^-1时,大蒜切根成功率达86%,大蒜损失率为8.01%,切根效率可达100头·min^-1,满足市场上大蒜的加工要求。     

蒸烫处理的宽皮柑橘温度场分布及传热过程分析

为解决宽皮柑橘蒸烫去皮效果差、果肉品质受损等问题，基于有限元法建立宽皮柑橘的传热模型，考察宽皮柑橘在蒸烫条件下内部温度场的变化规律，并对不同果径宽皮柑橘的蒸烫时间进行预测。结果表明：在蒸烫处理时，蒸汽与柑橘果皮表面发生对流换热使其温度骤升，热量沿径向向果肉中心传递。随着蒸烫时间的延长，柑橘沿径向受热更加均匀，果肉表面温度迅速升高而后趋于稳定，其传热速率先升后降。果径越小，果肉表面传热速率越大，并且在同一蒸烫时间下果肉表面温度也越高。为保证柑橘果肉品质不会受损，小果径柑橘蒸烫时间应小于77 s，大果径柑橘蒸烫时间应小于172 s。     

锦橙裂果的钙素营养生理及施钙效果研究

【目的】了解矿质营养与锦橙裂果的关系及其生理机制，探讨钙在锦橙裂果中的作用及其对果皮酶活性的影响，为有效降低柑橘裂果提供理论及技术支撑。【方法】通过对北碚447锦橙果园的调查研究和采样分析，研究裂果和正常果功能叶片、果皮和果肉中N、P、K、Ca含量及相关酶的活性；采用田间试验在花前及幼果期进行喷钙处理，研究钙对裂果及果皮结构物（果胶）及其水解酶类、活性氧清除酶类、多酚氧化酶（PPO）活性的影响。【结果】裂果植株叶片和裂果果皮、果肉中的钙含量显著低于正常果，裂果率与果皮中的钙呈极显著的负相关；裂果果皮中PPO、多聚半乳糖醛酸酶（PG）、纤维素酶（CX）的活性较高，而过氧化氢酶（CAT）的活性较低；果实的裂果率与果皮中的PPO活性成显著正相关，与CAT活性和原果胶(PP)含量呈极显著的负相关。喷钙处理显著降低了果皮中丙二醛（MDA）的含量和PPO、POD、PG、CX活性，提高了SOD、CAT活性以及原果胶含量。【结论】果皮中钙含量不足导致细胞壁水解酶（PG、CX）和多酚氧化酶活性提高、维持果皮强度和延展性的原果胶含量降低是锦橙裂果发生的主要原因，外源喷钙能显著降低果实膨大期的裂果率，喷施钙肥是减少锦橙裂果的重要措施。     

漆酶基因在柑橘褐斑病发生过程中的表达模式分析

【目的】克隆柑橘漆酶基因（CsLAC）并分析其表达规律,为进一步完善柑橘褐斑病的发生机制提供理论依据。【方法】以甜橙为试验材料,利用液相色谱—质谱联用（LC-MS）技术分析柑橘褐斑病发生过程中主要酚类化合物的变化,并采用实时荧光定量PCR分析漆酶基因在柑橘褐斑病发生过程中的表达规律。【结果】PE包装明显降低甜橙果实褐斑指数,利用LC-MS技术在甜橙果皮中共检测到1191个差异离子,共鉴定出18种酚类物质,其中没食子酸（Gallic acid）、儿茶素（Catechin）、表没食子儿茶素（Epigallocatechin）和原花青素B2（Procyanidin B2）的含量在果实贮藏期间呈下降趋势。成功克隆出7个柑橘漆酶基因,CsLAC4、CsLAC6、CsLAC11、CsLAC12、CsLAC13、CsLAC15和CsLAC17全长片段长度分别为1674、1716、1689、1740、1740、1713和1743bp,分别编码557、571、562、579、579、570和580个氨基酸残基,与参考序列的相似性分别为99.88%、99.83%、99.70%、99.71%、99.60%、99.59%和99.89%。系统发育进化树显示,CsLAC15与荔枝LcLAC的氨基酸序列相似性较高（64.7%）,CsLAC12与苹果MdLAC7的氨基酸序列相似性较高（65.7%）。氨基酸保守序列结果表明柑橘漆酶氨基酸序列含有漆酶的3个典型铜离子结构域,分别为Cu-oxidase-3、Cu-oxidase-1和Cu-oxidase-2。CsLAC4、CsLAC6、CsLAC11和CsLAC17在甜橙果实贮藏期间呈上调表达,CsLAC12和CsLAC15在果实贮藏期间总体上呈下调表达。【结论】结合甜橙果皮褐斑与CsLAC表达量的关系,推测CsLAC6的大量上调表达可能对柑橘果皮褐斑形成起促进作用。     

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。     

自走式不对行棉秆联合收获打捆机的设计与试验

针对棉秆收获效率低、压捆密度小等问题,设计一次进地可实现棉秆拔除、输送、切断、压缩和打捆作业的自走式不对行棉秆联合收获打捆机。该机具采用安装有V型齿板的不对行拔秆辊和清理辊配合作业,实现棉秆的不对行整株拔除作业,有利于提高棉秆的收获效率和拔净率;采用滚筒式铡切装置将棉秆长度切断成(20±5) cm,实现棉秆先切断后压缩打捆作业,有利于提高棉秆的压捆密度。根据棉秆的特性和收获要求,确定关键部件的参数并进行仿真,结果显示,设计的关键部件满足棉秆收获性能要求。田间试验表明:棉秆的不对行拔除、切断、压缩和打捆联合作业性能良好,满足棉秆机械化收获要求;棉秆切断长度合格率为95.24%,压捆密度为159.3 kg/m~3;当不对行拔秆辊旋转速度为390 r/min,不对行拔秆辊入土深度3 cm,机具行进速度1.2 m/s时,棉秆拔净率为97.83%,作业效率0.98 hm~2/h。     

双立轴烟秆切割机构的设计与试验

设计了一种适合烟秆切割的双立轴圆盘式切割机构。在自制的烟秆切割试验台上,对切割速度、装置的前进速度、主从切割刀片的径向重叠量等进行了单因素试验和多因素正交试验。单因素试验结果表明,在切割速度350 r/min时,功耗为1 718.8 W,切断率为94.33%;在主从切割刀片的径向重叠量为15 mm时,功耗为1 500.73 W,切断率为95.6%;在装置的前进速度为0.6 m/s时,功耗为1 608.13 W,切断率为96.83%。正交试验结果表明,当切割速度为300 r/min,主从切割刀片的径向重叠量为15 mm,装置前进速度0.6 m/s时,功耗为1 480.26 W,切断率为97.21%。     

脐橙酶法去皮技术研究

对酶法脐橙全果去皮的工艺进行了研究．在单因素试验基础上，以m（果胶酶）：m（纤维素酶）=6：1配制复合酶，以时间、温度、酶解液质量分数、pH值等为试验因素，选用L16（4^5）正交表优化脐橙酶法去皮工艺．结果表明，脐橙在酶解液质量分数为0．4％，45℃、pH4．5时酶解40min，去皮效果最好，可以得到去皮彻底、外形保存完好的全果肉，并且营养成分保持良好．     

桉树人工林清林装置的研究设计与实验验证

为保护北方商业林资源及森林生态环境,人们加大了对南方桉树人工林的采伐。为更好的进行人工林采伐工作,需进行伐前林地清理,就此情况进行设计和研究新型清林装置。清林装置主要由刀轴、刀盘、刀具等组成。通过对研究区林木间距和杂灌种类、灌木直径、灌木密度等测量数据的分析处理确定了清林工作头的结构形式。利用测量数据对刀轴、刀盘和刀具的尺寸参数和刀轴转速,分析确定了消耗功率等关键参数并进一步对清林装置进行Solid Works建模。利用ANSYS的瞬态分析功能,对刀具进行了仿真分析,明确了刀具在切削灌木的瞬间应力应变情况良好。应用ANSYS和Adams对刀轴进行了模态分析和动平衡分析,证明刀轴转速和刀轴尺寸设计是合理的。刀盘形变分析结果表明,