基于D-H法油茶果采摘机器人正运动学分析

油茶作为一种绿色植物,其产业在中央、地方的大力支持下得到了较快、长足的发展,但限于目前油茶果采摘机械化程度低,致使人工采摘效率低,严重制约了油茶产业的发展。以机器人坐标系建立最为常用的D-H坐标系法为基础,并对D-H坐标系的建立予以介绍,以自行研制的油茶果采摘机器人为研究对象,建立油茶果采摘机器人正运动学模型,为今后进一步研究实验提供理论依据。     

油茶果采摘机器人机械臂伺服系统选型设计

油茶是我国重要的经济林,然而人工采收油茶效率低、作业条件差等缺陷严重制约着我国油茶产业的发展,实现油茶果采摘的机械化与自动化成为急需解决的问题。为此,根据油茶果生长环境与采摘特性,设计了一种能够有效采摘油茶果的采摘机器人,并对采摘机器人机械臂的伺服系统进行了选型设计。     

电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器设计与试验

油茶果机械化采摘是目前亟待解决的难题,其中花苞损伤又成为机械采摘难以克服的问题。设计了一种电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器,分析了胶辊机构采摘油茶果的过程和原理,得到了油茶果碰撞脱落的临界条件。通过对采摘头回转架组件参数设计,确定了回转架组件上对辊间距有效调节范围为20~65 mm,初步拟定回转架转速范围为20~40 r/min。在江西农业大学油茶林进行了油茶果采摘试验,并对电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器作业中油茶花苞损伤进行了研究。结果表明:当胶辊直径为30 mm,间距为25 mm,胶辊旋转速度为30 r/min,胶辊线速度为0.833 m/s时,直径大于25 mm的油茶果能全部被采摘,漏采率为13.6%,且未开的花苞未见明显损伤。     

农机农艺融合农机人才培养实践——以江西农业大学丘陵山区油茶果机械化采摘研究为例

为了探讨农机农艺融合农机人才培养的重要性,立足我国油茶等经济作物生产机械化发展落后现状,以江西农业大学丘陵山区油茶果机械化采摘研究为例,分析了团队10余年来在油茶产业机械化装备研究方面的工作进展,得出农机农艺融合在南方丘陵山区特色农产品机械化及农机人才培养中的重要作用,为农产品机械化装备研究及人才培养提供了参考。     

液压驱动式油茶果采摘机设计与试验

为提高电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器的采摘效率,设计了一种液压驱动式油茶果采摘机。通过分析油茶果与胶辊相互作用力的影响因素,确定了采摘机的主要工作参数。仿真分析了不同工作参数对油茶果与胶辊相互作用力的影响规律,并以上下组胶辊间距、旋转架转速、胶辊直径为影响因素,以油茶果采摘率和花苞损伤率为评价指标,在江西省林科院和江西农业大学分别进行了室外、室内采摘试验。结果表明,影响采摘率的因素由大到小依次是上下组胶辊间距、旋转架转速和胶辊直径;影响花苞损伤率的因素由大到小依次是胶辊直径、上下组胶辊间距和旋转架转速。结合室内、室外试验,运用综合评分法得出油茶果采摘率较高且花苞损伤率较小的最佳参数组合为:上下组胶辊间距15 mm、旋转架转速55 r/min、胶辊直径30 mm。与电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器相比,液压驱动式油茶果采摘机旋转架转速提高了83. 33%,采摘效率明显提高,其平均采摘效率为210个/min。     

便携式油茶果分层采摘装置设计与试验

目前，油茶果采摘基本靠人工，采摘效率低，采摘成本高。为提高油茶果采摘效率，设计了一种便携式油茶果分层采摘装置。工作时，与油茶果、花苞长轴方向夹角为0°、30°、60°、90°方向分别施加拉力，油茶果和花苞的拉断力随着角度的增大而减小，且呈一定的线性关系，同方向的油茶花苞拉断力小于油茶果拉断力。采用ADAMS软件仿真分析了平行胶辊速度、平行胶辊间距和平行胶辊直径对油茶果脱落过程的影响规律，结果表明：油茶果受到的冲击力随平行胶辊速度和平行胶辊直径的增加而增加，随平行胶辊间距的增加而减少。采摘试验结果表明：当平行胶辊间距为21mm、胶辊直径为30mm时，油茶果采摘效率为42kg/h,为人工采摘的3倍左右。研究结果可为便携式油茶果采摘装置的研发提供参考。     

影响油茶果机械化采摘的生物环境特性

针对油茶种植面积迅速增长和油茶果机械采摘水平的落后情况,提出研究低损伤花苞采摘技术的必要性。研究和开发油茶花苞低损伤采摘技术应结合其环境特性和生物特性,满足安全性、实用性和经济性等要求。环境特性包括地理分布,未来增长区域分布;生物特性包括油茶的花期物候,油茶果与花苞的生物力学特性,适时采收等。分析油茶果机械采摘的制约因素,指出研究油茶的生物环境特性是开发低损伤花苞采摘技术的前提。     

油茶果机械采摘装备与技术研究现状

油茶果的收获基本靠人工采摘,花费成本高,劳动强度大,安全性较差。针对油茶果机械采摘研究处于起步阶段,通过简述油茶采摘机械研究现状,分析其采摘特点及装备关键技术设计的适应性,指出新技术的发展趋势,为加快油茶果采摘装备的开发研制提供参考。     

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题,设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理,完成了关键部件的结构设计,计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力,对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析,建立力学方程并求解。结果表明,夹持油茶枝时最大压力为2826N,振动对树枝产生的径向力约为57.5N、法向力约为78.2N,夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性,对横梁架进行了静力学分析,经计算其弯曲变形为0.0005mm,远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验,结果表明,最佳作业参数组合为：采摘装置的采摘时间10s、电机输出频率35Hz、采摘头的振幅5cm及采摘爪的夹持位置（夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离）10~20cm,此时油茶果采净率为95.2%,花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验,对枝条的损伤基本符合采摘要求。     

林果机械振动采摘理论与装备研究进展

中国是林果起源地之一,采摘是林果产业生产中的重要环节。机械化采摘是实现代替人工作业进行林果快速收获的重要手段之一,是现代化农业发展驱动下的必然走向。机械振动采摘是目前应用最为广泛的技术,林果采摘机械的工作性能主要由振动效果决定。因此,本文通过对国内外各类林果机械振动采摘装备的研究分析,归纳出影响振动采摘的因素、果树三维重构与等效模型、果实振动脱落特性以及振动能量传递与耗散等4大关键机械振动采摘理论,并阐明了各理论目前存在的不足。在此基础上阐述了国内外林果机械化采摘装备的研究现状和进展,分析了林果机械式采摘机的适用范围、工作原理及分类,总结了典型振动式及接触式采摘机的机型和技术参数,指出了各机型应用作业产生的实际问题。结合林果产业应用场景和发展要求,分析了中国林果机械化采摘面临的主要问题,认为缺乏系统性理论研究、关键技术研究进展缓慢是制约林果机械化发展的关键,提出了未来林果机械化采摘的技术重点是高效、精准、低损收获,最终为实现林果自动化、智能化采摘的建议。     

甘肃油橄榄生产机械化技术研究与试验示范

甘肃省陇南市是我国油橄榄特色产业主产区，大部分油橄榄种植在丘陵山地，运输、田间管理、采摘等关键环节“无机可用、无好机用”。为解决甘肃省油橄榄机械化生产技术难题，通过考察分析油橄榄主产区种植特点和果园地形条件，提出以山地单轨运输车、田园管理机、机械辅助采摘平台为配套机具的油橄榄机械化生产技术模式。经过试验示范，山地单轨运输车运输能力为人工的11倍，节约运输成本50%，机械辅助采摘平台的采摘效率比纯人工采摘提高33%，实现油橄榄生产提质增效和农民节本增收。     

林果机械化采收技术研究及进展分析

机械化采收技术对于林果产业的发展有着较大的影响。实现林果机械化采收是当前林果产业转换发展模式、节约成本消耗、提升市场竞争力的重要途径,也是当前林果产业全程机械化以及规模化研究的重点。开展林果机械化采收工作最重要的就是保持高效、低损的状态完成整项采摘工作,最终实现林果的智能化、自动化的采收。基于此本文则深入分析了当前林果机械化采集技术中一次性联合摘果采收,详细阐述了当前林果机械化采收面临的问题,并针对此类问题提出了相应的优化措施。     

桑葚振动采摘参数的试验研究

我国大部分桑葚种植于山丘地区,存在采摘作业环境复杂、劳动强度大、人力支出费用高昂等问题。因此,必须对桑葚的脱落特性进行试验研究,探寻桑葚振动采摘的适宜参数,为实现桑葚的机械化采收提供指导,以此促进桑葚产业的健康发展。通过高速相机设备及东华动态测试系统对桑葚的振动脱落规律进行研究,探寻桑葚振动采收的最佳振动参数。试验结果表明:桑葚在振幅为18mm、转速为1 700r/min、主振频率为28Hz时,果实获得最佳的采摘率,且果树树体无损伤,无生果落果;过大的振幅将引起果树树干的剧烈振动,同时生果将随熟果一起脱落;过大的振动频率将对树体造成破坏,振动装置与树体的接触部位出现明显损伤;过小的频率或振幅所获得果实收获率较低。     

我国采棉机发展历程与研究现状

棉花是我国农业发展的重要经济作物之一,采棉机是棉花机械化采收的重要工具,其发展水平是反应我国农业机械化发展的一个重要指标。近几年来,我国棉花采收质量有了明显增长,采棉机发挥很重要的作用。运用观察法、文献研究法等科学的研究方法,概述我国采棉机的发展历程。通过分析我国目前采棉机的研究现状,梳理我国采棉机发展过程中遇到和出现的一些问题,并提出可能的发展建议和发展策略,为我国采棉机行业的发展提供一定的参考价值。     

果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究

随着社会经济水平的不断提高,我国农林业取得长足发展,果农在种植水果时开始逐渐引进机械化、自动化设备,以提高种植效率。传统收获时果农最为繁忙的季节就是成熟季,果农常需要花费大量人工采摘果实,不仅效率低,且有一定危险性,采摘机器人便在这样的背景下诞生了。为此,针对采摘机器人的工作原理、工作空间,结合采摘作业实际需求,进行采摘机械手的结构设计及工作能力评价,旨在为相关产业发展提供理论依据。     

果蔬采摘机器手系统设计与控制技术研究现状和发展趋势

鲜食果蔬收获是难以实现机械化作业的生产环节,高效低损采摘也是农业机器人研发领域中的难题,导致目前市场化的自动化果蔬采摘装备生产应用几乎空白。针对鲜食果蔬采摘需求,为改善人工采摘费时费力、效率低下、自动化程度低的问题,近30年来,国内外学者设计了一系列自动化采摘设备,推动了农业机器人技术的发展。在研发鲜食果蔬采摘设备时,首先要确定采收对象和采收场景,针对作物的生长位置、形状和重量、场景的复杂程度、所需自动化程度,通过复杂度预估、力学特性分析、姿态建模等方式,明确农业机器人的设计需求。其次,作为整个采摘动作的核心执行者,采摘机器人的末端执行器设计尤为重要。本文对采摘机器人末端执行器的结构进行了分类,总结了末端执行器的设计流程与方法,阐述了常见的末端执行器驱动方式、切割方案,并对果实收集机构进行了概括。再次,本文概述了采摘机器人的总体控制方案、识别定位方法、避障方法及自适应控制方案、品质分类方法以及人机交互、多机协作方案。为了总体评价采摘机器人的性能,本文还提出了平均采摘效率、长期采摘效率、采收质量、损伤率和漏采率指标。最后,本文对自动化采摘机械的总体发展趋势进行了展望,指明了采摘机器手系统将向着采摘目标场景通用化、结构形式多样化、全自动化、智能化、集群化方向发展的趋势。     

燕麦生产全程机械化技术与装备研究进展

燕麦是一种粮饲兼用作物,是我国种植业结构调整的重要替代物和改善膳食结构的重要品种。针对我国燕麦生产机械化水平低,各环节发展不均衡,基础研究落后,产业化程度低,影响燕麦产业发展的生产实际,阐述了全球和我国燕麦产业现状,从燕麦全程机械化技术体系角度,分析了燕麦生产全程机械化中的薄弱环节,对国内外燕麦田间育种机械化技术与装备、机械化耕整地技术与装备、机械化播种技术与装备、机械化田间管理技术与装备、机械化收获技术与装备的发展现状进行了综述分析。就现阶段我国燕麦生产全程机械化发展存在的短板问题,建议围绕基础研究、多样化技术与装备研发、新技术推广、标准制定、产业经济效益、自动化和智能化装备等方面进行深入研究,助推燕麦产业机械化进程,促进燕麦产业标准化、产业化。研究可为我国燕麦产业的发展提供参考。     

马铃薯种植机械化关键技术与装备研究进展分析与展望

中国马铃薯种植具有面积大、范围广、地域地理复杂的特点,机械化种植是马铃薯机械化生产中关键的技术环节。马铃薯种植机械化技术包括种薯预处理、供导种、取种、清种等机械化种植关键技术。分析了中国马铃薯种植机械化技术的发展现状、特点及制约因素,总结了马铃薯种植机械化中主要关键技术,分析了整薯和切块种薯2种主要栽培方法对马铃薯播种技术的约束、影响。重点阐述了马铃薯分级、种薯分离整列拾取、零速投种、动态供种技术及装备的研究现状和发展动态,并归纳了中国、德国、荷兰、比利时、美国等国家具有技术代表性的马铃薯种植机械技术特点与性能参数;指出精量、高速、智能化大型马铃薯播种技术与装备是我国马铃薯机械化播种技术发展的核心方向,同时也需加强适应丘陵山区的小型、轻简型马铃薯机械化种植技术及装备的研究。     

新疆采棉机械化的现状及思考

棉花生产中人工收获制约棉花生产规模的扩大。概述国内外机械化采棉的现状,结合实际对机采棉的特点进行总结,分析发展机械化采棉过程中存在的问题,提出相应的改进措施,为加快新疆采棉机械化提供参考。